强迫导向油循环冷却变压器内的流量分布与热性能研究

摘要

当今,特大型超高压是电力变压器的发展趋势,与此同时使得变压器的发热问题凸显出来。而与变压器的飞速发展形成强烈反差的是变压器的发热、冷却问题长期以来研究甚少。变压器局部过热不仅大大折损其使用寿命,更会造成严重的事故,带来巨大的损失[1]。现在运行的电网上所配变压器容量较大,最高可达840 MVA [2]。采用强迫导向循环冷却才可以提供良好的散热性能,保证变压器安全、稳定的运行。针对此种冷却结构的大容量变压器,为了防止变压器局部过热和正确确定负载能力等,一种精确计算变压器系统内部的油流量分布和油温升的方法值得我们去研发,这对于内部流动的把握和对于进一步优化改进变压器冷却管路具有极其重要的意义。
　　本课题的目的就是要对整个强油导向冷却变压器系统的流动和传热过程进行研究分析,建立合理且适合数值计算的物理和数学模型,并对其计算方法进行研究分析和程序设计,计算出整个冷却系统的流量分布,对线圈线饼的温度场进行数值计算,温度场采用二维圆柱坐标下的导热微分方程作为控制方程,采用有限差分法求解。最终确定出最热点温度及其位置。用上述方法编写成的计算机程序,对不同结构参数的变压器进行计算,通过对计算结果数据进行分析,进而对变压器的热设计起到指导作用。
　　用善于科学计算的Visual Fortran语言编制计算机源程序,完成上述计算过程。本方法适用于强迫导向油循环冷却的变压器。对于外部管网的形式,内部导向区数目,每个导向区内的油道尺寸和数目,线饼尺寸和数目等均无特别的限制,可由用户自行设定。借助Visual Basic友好的界面输入功能编写了便于用户输入的界面。在后处理时采用了具有强大数据处理能力的Matlab语言编制了后处理程序。这样,软件就柔和了Visual Fortran,Visual Basic,Matlab三种语言的优点。该程序可以直接被变压器厂家直接应由于工程计算。做到了输入简易方便,易于使用；计算结果可靠；计算结果绘制成的场图、云图直接反馈给用户,便于分析研究。
　　用本文方法编制的计算程序现已交付厂家使用,完成初步验收,计算结果与厂家提供的试验数据进行对比,有较高的吻合度,证明此方法计算正确,可以直接应用于工程计算。

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第一章绪论

§1.1 课题背景及意义

§1.2 国内外研究状况

§1.3 本文主要研究内容

第二章大型强迫导向冷却循环变压器换热特点分析及最热点求解方法

§2.1 强迫导向油循环冷却变压器的基本情况

§2.2 变压器内部的换热分析

§2.3 变压器的外部换热分析

§2.4 线圈最热点求解过程

第三章变压器线圈入口油温计算

第四章油循环系统总流量的求解方法

§4.1 外部冷却管网结构及等效网络图

§4.2 泵的并联工作特性分析

§4.3 一台泵带多台散热器的管网分析

§4.4 系统阻力计算

§4.5 总油流量求解程序设计

第五章线圈内油流分布计算

§5.1 数学模型

§5.2 计算方法

§5.3 阻力系数计算

§5.4 油道内平均油温和壁温的计算

第六章线饼温度场计算

§6.1 物理模型

§6.2 数学模型

§6.3 计算方法

第七章对理论计算的验证和分析

§7.1 变压器基本参数

§7.2 计算结果与分析

§7.3 程序介绍

§7.4 应用本文的计算方法进行计算模拟

第八章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文