為提高油浸式變壓器繞組溫度場仿真計算的精確性,針對該類變壓器餅式繞組和變壓器油的材料參數(shù)均隨溫度變化的特點,通過分析研究其電磁場、溫度場與流體場的三場控制方程及三場間耦合變量的關系,提出將電磁場與溫度場松耦合,在溫度場與流體場之間進行緊耦合實現(xiàn)電磁-溫度-流體場三場耦合的建模方法.結合數(shù)值迭代計算的原理,以單匝導線作為三場間迭代計算數(shù)據(jù)映射的基本單元,應用有限元法與有限體積法聯(lián)合求解.然后,針對一臺實際的配電變壓器低壓餅式繞組,在測試且計及導線匝間絕緣對傳熱計算影響、對剖分網(wǎng)格進行敏感性分析基礎上,建立餅式繞組三場耦合仿真模型,仿真計算餅式繞組的溫度場分布和變壓器油的運動特性.最后結合三場間的耦合理論公式對仿真結果進行了合理性分析驗證.結果表明:提出的建模方法和所建的三場耦合仿真模型能有效地考慮三場間的耦合作用,從而提高計算結果的精確性,而且其計算時間在工程應用范圍內可接受. 

【文章來源】：北京交通大學學報. 2020,44(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

多物理場完全耦合迭代計算流程

由于低壓繞組散熱條件較高壓繞組差等因素限制,油浸式三相變壓器的熱點溫度總是位于低壓繞組中上部[4-5].本文以66MVA-225/26.4 kV ONAN/ONAF配電變壓器中的低壓繞組[10]作為研究對象,對其多物理場間耦合作用的不同簡化方式展開研究.該變壓器低壓繞組結構如圖2所示,采用 “之字形”冷卻結構,由78段線餅組成,每段線餅由18匝扁銅導線沿輻向繞制而成,低壓繞組內側與對稱軸間的距離為316.2 mm,左右側豎直油道寬均為6.4 mm,水平油道寬為4.1 mm,由墊圈將整塊餅式繞組分隔成5個區(qū)域,第一區(qū)域由2段線餅構成,其他分區(qū)均由19段線餅構成,上一分區(qū)的油流出口作為下一分區(qū)的油流入口,繞組內外側均由絕緣筒所圍,油流從低壓繞組底部進入,通過墊圈及絕緣筒引導變壓器油流過水平、豎直油道,與餅式繞組發(fā)生熱交換.文獻[10]中通過比較分析二維與三維的數(shù)值計算結果對二維數(shù)值模型進行修正,驗證了二維數(shù)值計算的工程適用性,圖2為繞組的特征流體存在的區(qū)域,二維數(shù)值計算占用較少的計算資源,因此根據(jù)低壓繞組分區(qū)的幾何對稱性,通過二維軸對稱數(shù)值計算探究多場之間的耦合作用.2.2 數(shù)值仿真模型精確性分析

數(shù)值分析方法計算的準確與否和網(wǎng)格剖分的質量直接相關,為了保證數(shù)值計算精度,通過特征區(qū)域內最高溫度與對應剖分網(wǎng)格數(shù)量之間的關系驗證網(wǎng)格的收斂性[15],如圖3所示.由圖3可知,對比網(wǎng)格單元數(shù)為539與394 415時計算結果,二者計算所得最高溫度相對差值高達38.84%,印證了網(wǎng)格可靠性驗證的必要性.當網(wǎng)格數(shù)量大于100 000時,最高溫度的計算值變化小于0.24%,結合實際計算機資源,最終選擇網(wǎng)格單元數(shù)為108 686,節(jié)點數(shù)為135 492進行計算.

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3598573