[发明专利]采用二维轴对称模型快速计算油浸式变压器绕组温度分布的方法

权利要求书

1.一种采用二维轴对称模型快速计算油浸式变压器绕组温度分布的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：构建变压器铁芯的二维轴对称模型并进行简化；

S2：构建等效B-H曲线并对电磁模型进行频域求解；

S3：采用非线性材料热流模型对温度进行耦合计算。

2.根据权利要求1所述的采用二维轴对称模型快速计算油浸式变压器绕组温度分布的方法，其特征在于：所述变压器为冷却模式为ODAF的换流变压器，为单相四柱结构，包括两个铁芯、两组绕组以及热源；所述两组绕组并联连接，结构相同，绕组方向相反；所述绕组从内向外分别为调节绕组、网侧绕组和阀侧绕组，所述网侧绕组包括多个饼，每饼包括多匝绕组，每匝绕组包括多条导线；所述绕组内从顶部到底部设有多个导油板，将绕组分成多个通道，并为油流提供了“Z”形油路，以冷却绕组。

3.根据权利要求2所述的采用二维轴对称模型快速计算油浸式变压器绕组温度分布的方法，其特征在于：步骤S1中，采用磁路等效法建立变压器铁芯的二维轴对称模型，根据磁路的欧姆定律和基尔霍夫定律，所述换流变压器模型的等效磁路方程列出如下：

其中，R_m1，R_m2，R_m3和R_m4分别是主柱，旁扼，旁柱和主扼的磁阻，根据相应铁芯的尺寸来计算；Φ₁，Φ₂，Φ₃分别是不同磁路的磁通量，通过求解方程获得；F为主柱上的磁通势；为确保主柱中的磁通量相等，满足：

Φ₁′＝Φ₁+Φ₁ (2)

R_sum＝R_m1′+2R_m2′+R_m3′ (4)

保证二维轴对称模型中主柱的尺寸与3D模型中相同，根据以上方程计算二维轴对称模型中旁柱和铁扼的尺寸。

4.根据权利要求3所述的采用二维轴对称模型快速计算油浸式变压器绕组温度分布的方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下部分：

输入材料参数和B-H曲线；

建立变压器磁路模型，通过等效磁阻法简化铁芯结构，判断磁阻是否相等，若相等则建立变压器绕组磁场模型，若不相等则优化等效结构，重新简化铁芯结构；

判断绕组流场流动形式，建立变压器绕组详细模型。

5.根据权利要求4所述的采用二维轴对称模型快速计算油浸式变压器绕组温度分布的方法，其特征在于：步骤S2具体包括采用平均磁场能量法来等效地转换磁导率B-H曲线；

在任何位置和任何时间的磁场能量表示为磁场强度和磁感应强度乘积的体积分：

其中，W_M是磁场能量，B是磁感应强度，H是磁场强度；在正弦激励下，磁场是正弦变化的；如果保证一个周期内的磁场能量相等，根据时域的B-H曲线，通过积分计算得到铁芯在频域的有效磁化曲线，按以下方式获得：

其中，T为正弦变化的周期，整理公式得到B_AE，即某频域(1/T)下的B-H等效曲线，该曲线使频域中非线性材料的计算与时域中的计算具有良好的一致性；

电磁场采用麦克斯韦方程组进行计算，一般时变场的微分形式麦克斯韦方程组写为：

进行磁场频域仿真时，采用以下方程进行计算：

B＝μ′H (15)

根据以上步骤得到变压器的磁场分布和变压器网侧绕组损耗分布。

6.根据权利要求5所述的采用二维轴对称模型快速计算油浸式变压器绕组温度分布的方法，其特征在于：步骤S3具体包括

首先判断绝缘油流的形式，用雷诺数Re表示，雷诺数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场；

其中Re为雷诺数，ρ为密度，v是流速，d为特征长度，μ为粘性系数；

采用纳维-斯托克斯方程和热传导方程计算：

获得变压器网侧绕组温度分布及流速分布。