电力变压器磁-流-热双向耦合研究

为提高油浸式电力变压器内部温度场仿真计算的准确度,考虑温度对变压器绕组、拉板、夹件以及变压器油物理参数的影响,对其内部电磁场、温度场及流体场的控制方程和耦合关系进行研究。电磁场部分基于有限元法计算,温度场与流体场采用有限体积法进行直接耦合求解。通过热源加载和反馈,实现三场之间的耦合。针对一台额定容量为241 MV·A的单相压轭变压器,采用Maxwell软件,基于场路耦合法对额定运行状态下的电磁场和各结构的损耗分布进行了仿真。将这一损耗作为热源加载到热流分析软件Icepak中,并将仿真出的温度反馈回电磁场中重新计算损耗,实现磁-流-热双向耦合的迭代过程。结果表明:建立的仿真模型能充分考虑三场间耦合关系,提高了计算结果的准确性,能够为变压器的设计和工程应用提供一定的参考。

基于磁-热-流耦合模型的不规则排列电力电缆温度场与载流量计算

由于电缆不规则排列导致其温度场和载流量与规则排列电缆不同,针对沟槽内不规则排列电缆群的温度场和载流量计算,提出了电缆的磁-热-流耦合模型。该模型以110 k V交联聚乙烯电缆为例,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics对沟槽内规则与不规则排列电缆群的温度场和载流量进行计算。结果表明:电缆不规则排列可能导致其缆芯温度升高,载流量降低;利用电缆的磁-热-流耦合模型,可以准确计算沟槽内不规则电缆群的流场和温度场分布,从而准确计算沟槽内不规则排列电缆群的载流量。

基于磁-热-流耦合模型的变压器损耗计算和热点预测

基于有限元法对一台2500kV·A干式变压器进行额定负载条件下的三维瞬态电磁场模拟仿真,计算中考虑了漏磁场对箔式绕组和结构件涡流分布的影响。将电磁损耗计算结果按照网格逐单元耦合至温度场,并以此为热源建立磁-热-流多物理场映射关系,考虑温度对材料损耗特性的影响,精确模拟变压器对流换热过程并实现变压器结构件温升计算和绕组热点预测。开展变压器温升试验,结果表明模型预测值与试验值误差控制在±6%,温升分布规律与实际吻合得较好。该文采用的多物理场双向耦合分析方法克服了传统磁路法损耗计算不准确的问题,在变压器产品研发初期可提供损耗预测方法和计算数据,显著提高相关电工装备的运行效率。

基于磁-热-流耦合的非晶合金变压器运行特征分析

非晶合金变压器绕组及其铁心一般采用矩形结构,其运行损耗引起的不平衡温升更易导致绕组绝缘劣化,影响供电可靠性。针对非晶合金变压器特殊的绕组结构,分析计算非晶合金变压器绕组温升,预测其热点温度,对矩形绕组结构变压器的设计优化和运行控制具有理论指导意义。基于三维磁-热-流多物理场耦合仿真计算和温升试验,以一台型号为SBH15-M-200/10的三相油浸式非晶合金配电变压器为研究对象,分析其额定负载下的运行特征,仿真计算各绕组的热点温度,并通过短路法温升试验对仿真结果的正确性进行了验证。结果表明:三维磁-热-流多物理场耦合计算非晶合金变压器绕组热点温度值与温升试验结果的相对误差小于5%,所研究非晶合金变压器绕组的热点温度出现在B相低压绕组的中上部,热点温度达到64.77℃。

考虑气道局部努塞尔数的干式变压器热网络模型

为了准确分析干式变压器的热特性,提出一种考虑气道局部努塞尔数(Nu)的热网络模型。建立干式变压器的磁-热-流耦合有限元仿真模型,通过温升实验验证仿真模型的准确性;基于仿真数据获取局部努塞尔数关联式,用于修正热网络模型中的对流热阻,并对比分析修正前后热网络模型的准确性。以高压绕组温度的计算结果为例,未修正模型计算结果与仿真模型计算结果的平均绝对误差和平均相对误差分别为7.7℃和11.7%,修正模型计算结果与仿真模型计算结果的平均绝对误差和平均相对误差分别为5.5℃和8.4%,修正模型计算的轴向温度分布与仿真结果吻合度较高。仿真结果表明,修正后的热网络模型能够更准确地计算干式变压器绕组的温度分布。

±800kV柔性直流穿墙套管温升特性研究

通过材料特性研究、三维建模计算和验证试验,研究了特高压柔性直流穿墙套管交、直流等效电流下的温度分布特性,分析了仿真计算与实测温度分布之间的关系。