大型自然油循环导向冷却变压器温度场研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第45卷第7期妻珏器VOI．45NO．72008年7月删^力iJuly2008大型自然油循环导向冷却变压器温度场研究王秀春，陶军普(河北工业大学，天津300132)摘要：采用数值计算的方法对导向循环冷却变压器的绕组温度场分布及最热点温升进行了研究。关键词：变压器；温度场；数值计算中图分类号：TM40I~．1文献标识码：B文章编号：lOOl一8425(2008)07—0006—05TemperatureFieldResearchofLargeFOrced—DirectedOi

2、lCoolingTransformerWANGXiu-chun，TAOJun-pu(HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300132，China)Abstract：Thewindingtemperaturefielddistributionandthetemperatureriseathottestpointinlargeforced-directedoilcoolingtransformerareresearchedbyvaluecalculationmethod．Keywords：T

3、ransformer；Temperaturefield；Valuecalculation1引言2大型自然油导向循环冷却变压器结构及模型假设变压器是电网中输变电能的重要设备，对电能的经济传输、灵活分配和安全使用等具有重要意2．1大型自然油导向循环冷却变压器结构义。随着社会的发展，人们对变压器的要求不断提大型自然油导向循环冷却变压器的结构如图l高，对其中电、磁和力等方面的问题进行了大量的所示，其主要由铁心、绕组和散热设备组成。研究，现已有了较为成熟的技术成果。然而对变压器中的发热和冷却问题，由于涉及到传热学、流体力学、电磁学

4、的边缘学科，其复杂性和试验难度使得在这方面的研究相对较少。油浸式变压器由于具有散热好、损耗低、容量大及价格低等特点，在户外场所仍为主要产品，目前电网上运行的电力变压器大部分仍为油浸式变压器。据统计，目前80％以上的油浸式变压器采用自然油循环冷却方式。这种冷却方式的直接后果是铜油温差加大，使变压器的散热问题更加突出。笔者针对大型自然油导向循环变压器的特点，建立数学模型，并用数值计算方法编图1大型自然油导向循环冷却变压器写通用性较强的计算程序，以实现对大型自然油导Fig．1Largeforced-directedoilcoo

5、Hngtransformer向循环变压器热点温度和位置的预测，从而用于指导变压器的结构设计，提高变压器的热性能和使用其中绕组部分采用饼式结构，根据绕制方法的寿命，改善变压器运行状况，减少事故的发生，取得不同，每一饼又分为普通导线结构、组合导线结构和了显著的社会效益和经济效益。换位导线结构，如图2所示，本文中所述方法可通用维普资讯http://www.cqvip.com7王秀春、陶军普：大型自然油循环导向冷却变压器温度场研究7一研写湎膜夏磊丽丽’“一——I．1_一3变压器内部热源及换热特性1匝()普通导线结构3．1变压器内

6、部热源分布变压器运行时，由于电阻和磁阻的存在，铁心、绕组和钢结构件中均要产生损耗。其中绕组中的损1匝—--{耗包括电阻损耗、涡流损耗和环流损耗，其占总损耗的80％左右。绕组中的损耗由绕组中的导体部分产(b)组合导线结构生，所以对线饼进行计算时，热源只存在于绕组的导体区域，热源密度．S为：S=oapo[1】(1器)，W／m(4)1匝—-．{式中(r_一电流密度，mm(C)换位导线结构一时的电阻率，75cC时．0216x10~Q·m图2导线结构Fig．2Conductorstructure一铜的温度系数，=．，’_一涡流损耗

7、占电阻损耗的百分数，由电磁于此三种结构。场计算得到厂随温度升高而减少，由系2．2物理模型假设235+To反映由于该种变压器绕组三相对称，且每一绕组的zj3每一饼大致呈几何对称，这样在具体计算时可做适一油温，cC当假设以简化模型，即假设绕组温度场的分布沿变一线饼平均温度，cC压器绕组周向没有梯度变化，这样就可以用二维轴绝缘纸和换位导线中的漆膜区域没有热源分对称圆柱模型来计算变压器绕组的温度场。由于绕布。组中相同高度各点的热交换条件差异不大，因此可3．2变压器绕组内部导热特性以认为这种假设是合理的。为了使变压器各部分的温度都

8、不超过规定的限2．3数学模型的建立值，必须保证热量有效地散发出去。变压器损耗产生根据上述假设，变压器的线饼可近似看作一个的热量经过导热和对流的方式传输给变压器油。对轴对称的圆柱体，使问题转化为二维轴对称圆柱坐于绕组，其一维的温度梯度分布可以用图3表示。在标系下的导热问题。线饼部分的温度场控制方程可绝缘纸层中，热量是以