树脂浇注干式变压器温度场数值计算及在线监测系统研究

摘要

干式变压器的使用寿命及其运行状况在很大程度上取决于干变绕组的绝缘性能。而干式变压器内部的产热与散热情况与其绝缘性能又相互影响，共同决定了干变的整体工作性能。当干式变压器内部发生绝缘损坏时，在绝缘损坏部位，其温度将会急剧上升；而当温升达到一定极限值时，又会使绝缘加剧恶化，从而造成恶性循环；如不及时发现，严重的会导致变压器绝缘击穿、爆炸起火等事故，引起电力系统局部甚至是大面积停电，造成不可估量的损失。因此，对干式变压器内部温度场进行分析，并进行温度在线监测，对于保证干式变压器的稳定运行，维护电网的安全有着重要的意义。
　　本文首先根据干变结构特点，对其运行中的各部分损耗进行计算分析。结合传热学和流体动力学原理，对干变运行中的生热和散热进行了理论分析，为进行干变温度场数值计算提供了理论基础。然后结合一台10kV开闭所站用的树脂浇注干式变压器，根据其实际结构，通过简化处理，以干变单相1/4结构为研究对象，构建了三维温度场分析模型。利用ANSYS软件中的FLOTRAN CFD模块，对模型的温度场及流体场进行了流固耦合数值计算，获得了干式变压器额定负载稳定运行时，在自然对流散热和强制冷却散热状态下的内部温度场分布情况。通过对比发现，在自然散热状态下，其内部最热点温度处于低压绕组纵向高度约60％～70%的位置；而在底部风机强制冷却散热状态下，其内部最热点温度处于高压绕组纵向高度约80%～90%的位置。通过对干变各部件内部最热点温度与上端部的相对温差情况对比分析，发现低压绕组内部最热点与上端部相对温差在各状态下变化较小，因此，建议选择对低压绕组的上端部进行监测来反映其内部最热点温度，这为进行干式变压器定点在线监测提供了理论基础。同时，本文对干变在不同状态（负载系数、风机风速、风机位置）下内部温度场进行了仿真分析，给出了其最热点温度相应的变化规律，为保证干变有效地运行提供理论研究。
　　最后，本文设计了一套干式变压器温度在线监测系统。采用基于ZigBee无线技术的温度传感器对干式变压器三相温度进行数据采集，然后通过成熟的配网自动化DMS系统，将现场数据传输至监控中心。利用LabVIEW编制的干式变压器温度在线监测软件平台，对上传数据进行在线综合分析，实时判断变压器运行状态，从而实现干式变压器的温度预警与故障报警。

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1 绪 论

1.1 本课题研究背景及意义

1.2 干变温度场国内外研究现状

1.3 本论文的研究内容

2温度场数值计算理论基础

2.1 树脂浇注干式变压器结构分析

2.2 干式变压器损耗分析

2.3 干变生热、散热分析

2.4 理论计算控制方程

2.5 本章小结

3 树脂浇注干式变压器实体建模及参数设置

3.1 干变实体结构模型

3.2 各物理参数的确定

3.3 网格划分

3.4 载荷施加

3.5 本章小结

4不同工况下干变内部温度场数值计算

4.1 额定负载下干变温度场分布

4.2各部件内部温度分布对比情况

4.3 内部最热点与端部的相对温差对比分析

4.4不同状况下干变内部温度分布情况

4.5 本章小结

5干式变压器温度在线监测系统研究

5.1 总体设计方案

5.2 现场温度采集系统

5.3 数据传输

5.4 监控中心软件平台

5.5 实测数据与仿真结果对比

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录