基于多物理场仿真的低频变压器温度特性分析及导向结构优化

为了降低低频工况下油浸式电力变压器的热点温度与内部温升,基于电磁-热-流体场多物理场耦合对低频变压器绕组区域导向结构开展优化分析。通过对变压器电磁部分的有限元数值计算,确定低频变压器与同工况下的工频变压器在铁芯和绕组区域的磁密分布与损耗特性区别。然后在此基础上将铁芯和绕组的损耗作为热源代入流体场和温度场进行仿真分析,得到变压器整体和绕组区域局部的温度及油流分布。最后通过构建20 Hz低频变压器绕组区域的油流传热模型,结合有限元仿真研究导油挡板数量与分布对绕组区域油流量、平均温度和热点温度的影响,并获得导向结构的最佳分配方案。研究结果表明,20 Hz低频变压器绕组区域的热点温度较无挡油板的模型下降了14.44%,该结果可为低频变压器紧凑化设计提供优化方案。

高导热环氧复合材料干式电抗器热点温升的仿真研究

干式电抗器的稳定运行影响新型电力系统的输电可靠性。干式空心电抗器包封材料整体由浸有环氧树脂的玻璃纤维丝经高温固化而成。本文采用多物理场耦合有限元方法,考虑干式空心电抗器的包封材料热导率对其热点温升的影响,建立了环氧复合材料的COMSOL微观仿真模型和外电路约束下的干式空心电抗器电-磁、流-热耦合计算模型。将电磁场下的损耗作为热源计算温度场与流场分布,研究在25℃环境温度下常规/高导热环氧复合材料对干式空心电抗器热点温升的影响规律。结果表明:高导热环氧树脂对复合材料热导率的提升效果显著;包封材料本体及周围空气温度场区域中热点温升最大值为103.75℃,出现在内部第4层包封材料的上端处;不同热导率的复合材料对降低干式电抗器的热点温升有明显差异,其中干式电抗器在高导热环氧树脂复合材料下的热点温度降低了7.55℃。

外置式散热模块对配电变压器热点温升的影响

对于电网季节性过载引起的配电变压器温升过高情况,文中提出在油浸式配电变压器的散热片上安装外置式散热模块强化变压器散热能力,以降低热点温升。为验证该方法的可行性,以一台S13-M-200/10型配电变压器为研究对象建立三维模型,在变压器模型的散热片上建立外置式散热模块。改变散热模块建立的位置与数量从而形成4个不同计算模型。通过有限体积法计算4个模型在不同负载状态下的热点温升。对部分仿真结果使用短路法温升试验验证,仿真与计算误差小于3 K。试验与仿真结果表明合理的安装外置式散热模块可以使油浸式配电变压器的热点温升降低10 K左右,为配电变压器的温升降低提供一种新的思路。

抑制细长型外转子永磁电机局部过热的方法

采用有限元法对细长型外转子永磁电机三维温度场进行仿真计算,分析了电机的温度分布及局部过热点产生的原因,并从定子槽型设计、极槽配合选取、转子内径设计、电机谐波抑制、导热材料运用和冷却系统设计等方面,提出抑制电机局部过热的方法,使电机温度分布均匀。试验结果表明,电机的温度计算结果与实测结果吻合较好,由此验证了仿真分析的正确性及抑制方法的可行性。

基于流线分析的10kV油浸式变压器绕组热点温度反演模型建立及验证研究

准确获取运行变压器绕组热点温度一直是电力行业的难点问题之一。源自变压器绕组热源区域的热流是导致变压器外场域温度升高的直接推动力,该文基于变压器温度流体场耦合数值计算,分析变压器内部热流扩散规律,通过提取流经绕组热点区域与外壳散热区域的典型热流流线,选取变压器外部可测并与绕组热点温度具有强关联关系的特征测温点,并采用网格搜索法优化的支持向量回归机构建特征测温点温度与绕组热点温度间的多维非线性关系,进而建立变压器绕组热点温度反演检测模型。为拓宽反演模型的普适性,采用正交设计法构建反演模型所需的训练样本和测试样本,采用变压器多工况温升试验验证变压器温度流体场仿真结果的准确性,并验证绕组热点温度反演模型的准确性,绕组热点温度反演平均绝对误差为1.82%,最大温差小于3℃。

基于数值求解的油浸式变压器瞬态热点温度计算

文中分析了变压器温度流体场耦合数值仿真求解方法,基于互感器小模型的温度流体场计算确定了瞬态数值求解的时间步长和迭代步数,进而对一台S13-M-100kVA/10kV型油浸式变压器的三维温度流体场进行了瞬态数值仿真。与预埋光纤的变压器温升试验获得的绕组瞬态热点温度相比,变压器绕组瞬态热点温度数值仿真结果与试验结果最大偏差不超过3%,基于经验公式计算的热点温度平均相对偏差为9.8%,验证了文中变压器温度流体场仿真模型的有效性及准确性。

开关柜内部热点温度非接触反演计算研究

内部过热是开关柜运维过程中的常见缺陷。现有的开关柜内部接触式测温技术在可靠性与安全性方面不足,存在着推广的局限;外部非接触式红外巡检则具有难定量诊断缺陷的问题。本文以KYN28-12A型630 A的自冷型开关柜作为研究对象,建立其温度流体场仿真模型,通过流线分析寻找合适的表面测温点,并通过正交计算得出不同工况、缺陷下开关柜负荷电流,将表面测点温度与内部热点温度之间的关系作为反演样本,最后基于支持向量机回归方法完成样本训练,形成反演计算用的降阶模型并进行了现场验证。研究成果实现了在无需内置温度传感器条件下开关柜内部热点温度的定量测算方法,在实施环节具有安全性与便捷性,尤其适用于大量难以停电改造的存量开关柜。

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。

500 kV变压器空载过励磁下的损耗与温升特性仿真研究

为了研究变压器空载过励磁下的铁心损耗和温升特性,针对某500 kV单相油浸式变压器,在对其进行低倍过励磁试验的基础上,分析了不同运行条件对激磁电流的影响;应用有限元仿真软件,建立变压器磁场-温度场耦合的仿真模型,并计算了不同倍数过励磁工况对变压器铁心热点温升的影响。试验和仿真结果表明,随着过励磁倍数的增加,变压器铁心损耗和热点稳态温升也在增加,在1.15倍及以上过励磁时,铁心热点稳态温升超过规定限值,变压器不可长期运行。

光纤光栅温度传感技术在数据中心温控领域中的应用研究——以东山精密数据中心项目为例

目前我国数据中心“热点”现象频现、电源使用效率(PUE值)居高不下,而缺乏有效的温度监测设备,本文提出并验证了一种基于光纤光栅温度传感技术的数据中心温度实时监测预警系统,及其在数据中心温度控制领域中应用的可行性与优越性。该系统在东山精密数据中心投入使用后,数据中心的电源使用效率(PUE值)为1.21左右,达到了非常好节能效果,并且有效避免了“热点”效应的出现。

树脂浇注干式变压器三维温度场仿真计算

为便于诊断干式变压器的故障,对干式变压器进行热点分析.根据干式变压器实际结构建立了三维对称热传导模型,并基于多物理场有限元软件平台Comsol Multiphysics对干式变压器开展温度场仿真计算,计算得出温度场分布云图以及铁芯、绕组温升曲线.通过比对实际数据和仿真分析结果,从而确定温度分布及最热点温度位置在低压绕组距底部2/3处,可为该类干式变压器的在线诊断及结构优化设计提供理论依据.

大型油浸式变压器绕组温度场仿真及验证

随着计算机技术的发展,仿真计算逐渐应用到大型变压器绕组温升优化设计中,为了验证仿真计算结果的有效性,在现有大型油浸变压器绕组温度实验平台上,针对强油导向(ODAF)冷却方式开展了功率损耗为55 kW,流量为10 m^3/h绕组温度实验测量工作,实验平台采用空心无感绕组,有效避免了绕组涡流损耗计算不准确造成的热源误差,绕组的轴向、辐向方向布置测温点共计44个。基于有限体积法对该实验工况下绕组的导向板、匝绝缘、油道结构等进行精细化建模仿真计算,对比结果验证了仿真计算的有效性,仿真结果得出了绕组温度随轴向、辐向方向变化规律及绕组的热点位置,为大型变压器绕组温度场优化设计提供参考。

油浸式变压器高压绕组内温度场和流场的数值研究

针对ODFS-33400/500型油浸式变压器高压绕组,建立了三维计算模型,并对其进行了内部流场和温度场的数值模拟研究,得到了该变压器高压绕组内部的温度分布和流动形态。

变压器磁热耦合计算与局部过热屏蔽措施

针对大型电力变压器涡流损耗及局部过热问题,采用三维有限元涡流场计算得出变压器油箱及夹件的涡流损耗及其分布,进一步采用磁热耦合方法计算出油箱和夹件温度场分布以及热点温度.在此基础上,分析局部过热问题,找出最热点并采取相应磁屏蔽来降低油箱和夹件涡流损耗及热温升,分析了磁屏蔽结构尺寸对油箱及夹件涡流损耗和最热点温度的影响.采取磁屏蔽措施后,油箱和夹件涡流损耗及热点温度明显降低,有效防止了局部过热现象,为电力变压器的优化设计提供了参考依据.

ITER PPEN项目变压器绕组热点温升分析和研究

利用安德森计算方法对PPEN主变压器绕组热点温升进行了分析和研究,分析了影响变压器顶层油温升和铜油温差关键参数。通过变压器绕组温度场仿真软件验证了该方法的可行性和合理性。

考虑负载变化的植物绝缘油变压器温升特性研究

为研究植物绝缘油变压器在实际运行中的温升特性,应用热工学和流体力学原理分析了变压器内部传导热及散热机制,建立了变压器的二维简化模型。采用有限元法求解该模型在考虑负载变化下的温度场,得到了植物绝缘油变压器在稳定负载时的温度场分布,与矿物绝缘油变压器进行了对比,发现:当负载系数K<1.5时,矿物绝缘油变压器的温升特性优于植物绝缘油,而当负载系数K≥1.5时,植物绝缘油变压器的温升特性优于矿物绝缘油变压器;同时,基于给定的动态负载曲线计算了植物绝缘油变压器的温度场分布,同样与矿物绝缘油变压器进行了对比。结果表明,当负载较低时,植物绝缘油变压器的温升特性比矿物绝缘油变压器差,而当负载较高时,植物绝缘油变压器的温升特性优于矿物绝缘油变压器。

树脂浇注干式变压器温度场分布的计算分析

为更准确地掌握树脂浇注干式变压器的内部温度场分布,为变压器的绝缘寿命评估提供依据,在分析变压器产热散热机理及导热途径的基础上,依据干式变压器的实际对流传热和热辐射特性及温度场计算的流固耦合模型,在多物理场仿真软件COMSOL中实现了树脂浇注干式变压器温度场分布的建模计算,得到了干式变压器铁心和绕组的温度分布。同时将计算结果与干式变压器温升试验实测数据进行了对比,两者吻合较好,误差±5.5%,说明了计算结果的正确性。此外,计算结果表明:干式变压器绕组和铁心底部到顶部的温度分布呈现低—高—低走势,绕组热点位于低压绕组轴向约85%处,为变压器绝缘最薄弱点;绕组温度分布与负载大小关系有限,热点位置相对固定。

变压器绕组热点温度监测技术的研究

设计基于光纤布拉格光栅(FBG)的温度监测系统,实现对变压器绕组热点温度的实时监测。介绍光纤光栅的测温原理,并利用Ansys中的Maxwell和Fluent模块对变压器的电磁场-流体场-温度场进行仿真,得到热点的具体信息,以便在实际测量时,合理放置光纤光栅传感器的位置。使用FBGA解调模块对检测到的光信号进行处理,完成硬件部分的搭建。在计算机上通过Labview软件调用动态链接库DLL函数完成上位机的设计,可以实现温度和波长的显示,超出用户设定的阈值温度进行报警等功能。最后将硬件部分与软件部分相连接完成整个测温平台的搭建,进行了标定实验和误差分析实验,得出FBG的中心波长与温度之间的拟合关系式并验证了该测温平台的可行性。

油浸式变压器内流场和温度场的数值模拟研究

利用FLUENT软件模拟了油箱内及绕组的温度场及速度场,确定了绕组热点温度和位置。

油浸式电力变压器温度场分布的计算分析

为更准确地掌握油浸式变压器的内部温度场分布,为其绝缘寿命评估提供依据,在分析变压器产热散热机理及导热途径的基础上,依据对流传热和热辐射特性及温度场计算的流固耦合模型,在多物理场仿真软件COMSOL中实现了变压器温度场分布的建模计算;得到了绕组的温度分布。绕组从下到上的温度分布大致为低—高—低走势,热点位于低压绕组上半部分。同时将计算结果与变压器温升试验实测数据进行了对比,两者吻合较好,绝对误差5.3%以内,说明了计算结果的正确性。在此基础上还分析了负载系数、水平油道高度和油流挡板设置对绕组温升的影响。