[发明专利]一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法

说明书

本发明的目的在于提供一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法，立足于油浸式变压器实际结构，采用有限元和有限体积法结合的方法建立了变压器温升的三维仿真模型，其中考虑了电磁场及油流动等因素对温度的影响，实现对变压器热点温度分布的仿真。该方法包括以下步骤：S1：建立电力变压器的三维物理模型；S2：电力变压器电磁场计算理论分析；S3：电力变压器流体及热场的计算理论分析；S4：基于电磁场和流固热的理论分析，添加对应物理场；S5：根据实际运行情况进行不同工况下的场路耦合连接，进行参数和边界条件的设定；S6：进行多物理场耦合设置；S7：基于有限元法对该模型进行网格剖分，仿真得到不同工况下电力变压器的温度分布及其热点温度位置结果。

技术领域

本发明属于电气设备带负载性能的研究领域，涉及一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法。

背景技术

电力变压器在实际运行中影响其工作状态的关键因素是其热问题和绝缘问题，变压器的温升是衡量变压器是否处于安全稳定工作状态的重要指标。油浸式变压器主要采用A级绝缘，在运行过程中受到环境和各种理化作用的影响绝缘材料会产生老化的现象，高温会直接导致绝缘材料老化。电力变压器运行过程中高温会加速化学反应的进行，绝缘的机械强度和电气强度随之降低的非常快，由此变压器容易达不到其预期寿命而发生各种故障和事故。根据国家电网每年发布的变压器运行事故的统计数据可以看出，由于绕组导线上的热点温升过高而导致变压器运行事故占比很大，国内外已经开始关注变压器的热点温度，有学者提出为了确保变压器的安全运行，不仅绕组的平均温升不应该超过允许的温度值，而且绕组热点温升也不应该超过允许的温度值，设计变压器时在进行变压器的温升试验时这两种温度都有必要进行测量。如果能准确的计算变压器内热点温度，就能对变压器的散热冷却设计提供参考，进而提升变压器的运行效率，减少热事故的发生使变压器的使用寿命延长。

结合油浸式电力变压器的结构特点以一台50MVA/110kV自然油循环油浸式电力变压器为原型，基于有限元方法、场路耦合法以及流固耦合的方法对多工况下变压器内部温升特性进行研究，对变压器内热点温度和位置进行预测，这样就能及时发现事故，从而尽可能的延长变压器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种获取电力变压器不同工作情况下热点温度的仿真方法，立足于油浸式变压器实际结构，采用有限元和有限体积法结合的方法建立了变压器温升的三维仿真模型，其中考虑了电磁场及油流动等因素对温度的影响，实现对变压器热点温度分布的仿真。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

S1：建立电力变压器的三维物理模型；

S2：电力变压器电磁场计算理论分析；

S3：电力变压器流体及热场的计算理论分析；

S4：基于电磁场和流固热的理论分析，添加对应物理场；

S5：根据实际运行情况进行不同工况下的场路耦合连接，进行参数和边界条件的设定；

S6：进行多物理场耦合设置

S7：基于有限元法对该模型进行网格剖分，仿真得到不同工况下电力变压器的温度分布及其热点温度位置结果。

进一步，步骤S1具体为，所述的电力变压器是三维物理模型，进行耦合分析时，模型内部结构有一个重要特征是有效和无效即根据分析问题的类型有时候需要对某些特征进行忽略。因此在下列假设基础上以50MVA/110kV自然油循环油浸式电力变压器为原型进行三维建模：

(1)高低压绕组简化为圆筒状，便于计算；

(2)绝缘层挨着绕组厚度很薄，所以将其厚度忽略；

(3)铁芯和铁轭都简化为圆柱体；