[发明专利]一种油浸式变压器内部温度场的精确计算方法

摘要

本发明公开了一种油浸式变压器内部温度场的精确计算方法，本方法通过建立与实际变压器尺寸结构完全对应的3D物理模型，并针对计算方法的不同特点，对物理模型进行了科学的网格划分，通过将有限体积法和有限元法结合进行计算，即对于绕组和铁心部分的金属导热，对于有流体参与的传热采用有限体积法进行计算，可以得到精确的油浸式变压器内部温度场3D计算结果，不止针对绕组和铁芯的温度场，变压器内部油流以及散热片和变压器箱体的温度场都能进行准确的计算，对变压器的设计以及变压器的实际运行都有重要而全面的参考意义。

主权项

一种油浸式变压器内部温度场的精确计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据变压器的参数和负荷计算出变压器内部总损耗，即铁芯的空载损耗和绕组的负载损耗，然后利用空载损耗和负载损耗的结果，分别计算出绕组和铁芯的生热量，然后分别除以铁芯和绕组的体积，从而分别计算出铁芯和绕组单位体积的生热率；步骤2：以实际变压器的尺寸结构为基础，建立起变压器的物理模型；步骤3：对建立好的变压器物理模型进行网格划分：其中，绕组、铁芯和散热片采用高精度的六面体网格划分方式；变压器的油流部分采用网格渐变划分方式，即油流与铁芯、绕组、油箱散热器接触部分的距离越远，网格尺寸越大；步骤4：检验网格的划分质量，利用EquiAngle skew网格质量检验标准，检验单元夹角计算的歪斜度；当99％的绕组、铁芯和散热片的网格skew质量系数控制在0.5以上时，则需对网格进行加密处理；步骤5：计算热传递过程：1)采用有限元法(FEM，Finite Element Analysis)，求解绕组和铁芯部分的热传递过程，具体方法如下：A.建立变压器绕组和铁芯温度场的能量守恒和质量守恒方程；B.将计算出的铁芯和绕组单位体积的生热率作为载荷施加到各个网格中，基于上述能量守恒和质量守恒方程，利用预条件共轭梯度法(The Preconditioned Conjugate Gradient Method)计算出绕组和铁芯的内部温度场，得到绕组和铁芯表面的温度分布数据；2)得到绕组和铁芯表面温度分布数据后，基于傅里叶对流换热传导定律，采用有限体积法，求解变压器流体参与的传热过程，具体方法如下：A.建立起变压器绕组和铁芯与变压器油流传热的微分方程：基于变压器油流的质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，建立起变压器内部油流的传热微分方程；B.将上述待解的微分方程对每一个控制体积积分，得出一组离散方程；求解过程采用基于压力耦合方程的半隐式解算法(SIMPLE)对离散方程进行求解；通过不断地猜测与修正，对变压器流体的微分方程进行离散求解；步骤6：通过不断的猜测与修正，解出变压器流体的传热微分方程，从而得到整 个变压器的内部温度场。