[发明专利]一种轻量化车载牵引变压器的热点计算及定位方法

说明书

本发明公开了一种轻量化车载牵引变压器的热点计算及定位方法，包括以下步骤：建立轻量化车载牵引变压器轴对称二维模型、布置温度监测节点、计算各部分热阻、为绕组温度节点分配发热功率、求解绕组温度节点温度值、获取热点温度与位置。本发明的有益效果在于：相比于建模繁琐且消耗大量计算资源和时间的CFD方法，本发明能够实现轻量化车载牵引变压器热点温度与位置的高效快速计算，减少设计过程中人力物力的消耗，为轻量化车载牵引变压器整体结构优化和热特性提升提供新的手段。

技术领域

本发明涉及电气绝缘在线检测与故障诊断领域，特别是一种轻量化车载牵引变压器的热点计算及定位方法。

背景技术

运行中的变压器在绕组铜耗和铁耗的作用下内部温度会升高，其中温度最高的位置被称作热点。变压器的寿命在某种程度上可以等同于其绝缘的寿命，而热点温度是绝缘寿命的重要影响因素，因此变压器的热点温度与位置必须被准确获知。

轻量化车载牵引变压器由于取消了油箱和绝缘油等部件，重量远低于油浸式车载牵引变压器，有助于动车组性能的进一步提升，在近年受到了广泛关注。轻量化车载牵引变压器的散热条件相比地面变压器更为苛刻，且负载损耗远高于同容量地面变压器，因此热点温度控制对车载牵引变压器尤为重要。CFD方法是变压器内部温度计算的常用手段，其计算精度较高且能够提供丰富的流动和传热细节数据，但对时间和计算机资源消耗非常巨大，这就使得CFD方法在变压器设计等需要大量试探计算的场合具有一定局限性。因此，急需一种能够快速计算轻量化车载牵引变压器热点温度与位置的方法，以便针对性布置高耐热等级的绝缘材料，服务其整体结构优化设计和热特性提升，最终实现保障高速动车组运行安全、延长车载牵引变压器使用寿命、提高制造厂家生产经济性的目标。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提出一种轻量化车载牵引变压器的热点计算及定位方法，能够实现轻量化车载牵引变压器热点温度与位置的快速计算。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种轻量化车载牵引变压器的热点温度计算及定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、建立轻量化车载牵引变压器的轴对称二维模型

根据轻量化车载牵引变压器结构特点进行初步处理：删除绕组出线端子、夹件、撑条等对温度分布影响较小的结构，将冷却风道简化为内外两个壁面同时或独立具有恒定的热流量的环空管道；

第二步、布置温度监测节点，所述温度监测节点包括：绕组温度节点、绝缘纸边界节点、环氧树脂边界节点和空气温度节点，节点之间通过热阻相连，形成轻量化车载牵引变压器热网络模型；节点的布置方法具体如下：

1)在绕组导体每一匝中心布置1个绕组温度节点，绕组温度节点间根据绕组结构在轴向和辐向对齐；

2)在绕组温度节点的上、下、左、右4个方向分别布置4个绝缘纸边界节点；

3)在上、下绝缘纸边界节点的上、下侧分别布置2个环氧树脂边界节点；

4)在冷却风道两侧的2个环氧树脂边界节点之间设置1个空气温度节点；

5)绕组温度节点与绝缘纸边界节点之间通过绝缘纸热阻相连，绝缘纸边界节点与环氧树脂边界节点之间通过环氧树脂热阻相连，环氧树脂边界节点与空气温度节点之间通过对流热阻相连，空气温度节点之间通过空气热阻相连；

第三步、计算各部分热阻

1)绝缘纸热阻R_p使用如下公式计算：