基于分体解耦方法的变压器温度场模拟

为快速准确计算变压器内部温度场和热点,提出一种基于油箱和散热器出入口油温互约束模型的分体解耦计算方法,通过建立单个散热器组的有限元仿真模型,得到散热器及油箱出入口油温的互约束模型,再利用该模型和Comsol软件对油箱温度场进行模拟计算。该方法在变压器温度场计算中将油箱和散热器分离,针对油箱进行仿真建模和模拟计算时,无须考虑多个散热器组的剖分问题,可避免重复性网格剖分和对变压器整体剖分时单元尺寸差异较大导致的计算精度差和难以收敛的问题,计算量和迭代次数明显减少。以S9-1600/10/0.4型变压器为算例的温度场仿真结果表明,变压器在不同负载率下的温度场、热点值等均符合相关理论分析结果,同时因考虑了散热器的对流和辐射散热作用,计算结果的准确性也得到提高。

基于坐标插值映射法的变压器电磁热场模拟

为了高效快速地分析电磁热场耦合问题,首先提出一种以坐标为数据传输载体的异构网格数据映射方法——坐标插值映射法,继而以S9-1600/10/0.4型油浸式电力变压器为例,介绍将三维电磁场中高、低压绕组和铁心的电磁损耗密度分布映射到热流场的单向耦合过程,同时给出网格数据映射的相对误差,即:额定负载时,高、低压绕组损耗和铁心损耗的映射相对误差分别为0.0294%、0.0938%和1.0501%;空载时铁心损耗的映射相对误差为0.7140%。与Comsol的映射方法相比,坐标插值映射法在映射物理量的分布上更精确、耗时低,但对于映射方向由稀疏网格向密集网格、数值变化范围较大、网格单元数差异较大的情况相对误差较大。对变压器电磁热场的模拟计算结果表明,与使用均匀热源相比,非均匀热源主要对铁心柱B相和铁轭的温度分布产生影响。

基于三维涡流场模型的变压器结构件损耗计算

提出了一种基于三维涡流场模型的变压器结构件损耗精确计算方法,并以S9-1600/10/0.4型配电变压器为例和传统的损耗计算方法进行了对比。首先利用有限元软件(如Comsol等)计算变压器内部电磁场,获得变压器的外特性曲线,经数据拟合后得到变压器外特性曲线的一般表达式,由此计算变压器在不同功率因数和负载率下的负载电流,再将此负载电流作为三维涡流场模型中线圈的电流激励来计算变压器各结构件的损耗。该方法考虑了变压器实际负载电压随负载电流变化的因素,计算结果的精度更高,且能方便计算任意功率因数和负载率下的损耗值。仿真算例的计算结果表明,在功率因数较低和负载率较大时,该方法计算得到的结构件损耗值和未修正的传统计算方法得到的损耗值之间存在较大差异;在功率因数较大和负载率较小时,其差异不明显。因此,在精确计算变压器温度场和热点时应考虑这种差异。