片式散热器几何尺寸及安装位置对变压器温升影响研究

摘要

随着国家经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，变压器向着超高压、大容量、低噪音、高节能的方向发展，这对变压器冷却方式提出了更高的要求。本文提出一种以改变片式散热器尺寸及安装位置来增强变压器散热的方法。该方法是在原有变压器结构的基础上，提高散热器安装高度，从而增大循环系统中的油流速度，极大改善了变压器系统的换热性能。这一课题的定量分析研究使相关研究人员对控制热点温升的措施有了一种新的认识，即在不改变变压器内部结构的基础上，可以通过提高散热器的安装位置很方便的取得降低热点温升的效果，故本文对这一冷却方式的换热性能进行了深入的研究。
　　变压器热性能决定了其运行安全性和使用寿命。工程实际中，为了保证油浸式变压器长期安全、可靠、正常地运行，须采取相应的冷却方式进行散热，使变压器在额定负载时各部分的绝缘材料的温度不超过允许的数值。散热量的高低取决于变压器油流量的大小，而油流量和散热器的冷却中心与变压器绕组的发热中心之间的高度差以及油的循环流动阻力有直接关系，故本文通过理论推导的方法对变压器整个系统的浮升力和阻力进行计算，并对油浸式变压器油的平均温度、绕组的平均温度、铜油温差等参数随片式散热器不同安装位置的变化规律进行了研究。
　　本文针对绕组、散热器、油箱上下空间等整个变压器油循环回路进行了分析研究。当浮升力和阻力相等时，变压器油循环达到稳定，进而求得油流量。再运用流体力学和传热学的相关理论，得到循环系统的均油温升。最后耦合求解油流量和均油温升，得到计算结果，在此基础上开发了相应的计算软件。该软件输入界面友好，美观，便于相关工程技术人员的掌握与操作。
　　为证明计算软件结果的正确性，通过实验和CFD软件模拟进行验证。验证结果表明：所建立的数学物理模型和计算方法是合理可靠的，得出的结果和实际情况吻合良好，计算精度可满足工程上的要求。
　　通过自编软件计算、实验研究、CFD软件模拟可知：自然油循环冷却变压器的均油温升、顶油温升、绕组平均温升均随片式散热器安装位置的提高而降低，尤其是热点温升下降的幅度比绕组平均温升的下降幅度更大，这也是本课题的研究价值所在。该软件可为变压器的热设计提供参考依据。

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符号说明

第一章 绪论

§1-1 课题研究背景及意义

§1-2 国内、外研究现状

§1-3 课题研究特点及主要内容

第二章 变压器冷热中心高度差对其散热影响的理论分析

§2-1 变压器中热传递过程及内部结构的温度分布

§2-2 变压器散热过程

§2-3 油循环的机理分析

§2-4 片式散热器传热机理

§2-5 冷热中心高度差对片式散热器散热的影响

§2-6 本章小结

第三章 变压器油平均温升的计算方法

§3-1 概述

§3-2 油平均温升的理论计算

§3-3 本章小结

第四章 变压器温升程序说明

§4-1 计算软件程序说明

§4-2 本章小结

第五章 变压器温升程序的计算结果及验证

§5-1 CFD软件模拟验证

§5-2 实验验证

§5-3 程序计算结果及分析

§5-4 本章小结

第六章 结论

§6-1 结论

§6-2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果