非包封干式变压器不同冷却条件下的温度场模拟研究

摘要

由于干式变压器具有体积小、损耗低、安全可靠等优点，近年来得到迅速发展，被广泛应用于高层建筑及商业中心、石油、化工等对防火与安全有更高要求的场所。随着社会的发展，人们对干式变压器的容量要求越来越高，于是其发热与冷却问题也越来越引起人们的高度重视。在变压器中铁心和绕组为主要发热体，其所产生的热量，除了使其自身温度升高外，也会使周围介质温度升高，特别是局部温升过高会造成绝缘过早损坏，从而大大降低变压器的使用寿命。所以对干式变压器绕组温度场和最热点温升的研究具有重要意义。 本文通过对不同冷却条件下变压器绕组结构进行简化，分别建立了二维轴对称物理模型，并利用FLUENT软件模拟其内部温度场及流体场的分布情况，对三种不同的冷却方式（底吹方式、顶抽方式、底吹顶抽方式）进行分析比较，最后选择一种有利于变压器散热的最佳冷却方式。对所选择的最佳冷却方式的变压器进行热分析，利用最小二乘法及多元回归原理拟合了高低压线圈内外垂直气道及水平气道内的换热关联式，并利用热平衡原理给出了各气道内空气受热后温升的计算公式。此外，还研究了增强变压器散热的方法，即在变压器的垂直气道内增设挡板，提出了加强线圈散热的最佳方案，有利于降低变压器的温升。 本文应用VC＋＋和MATLAB语言，利用数值计算方法，编写了可以直接被变压器厂家使用的计算软件。此软件使用方便，并具有强大的数据后处理功能。其计算结果以图形形式表示，用户可以根据需要查看各个线饼以及整个绕组的温度场分布、热点温升及位置。 此软件的计算结果与数值模拟结果相比，尽管在数值上存在一定的偏差，但温度场分布规律相当吻合。其平均温升与试验值相比误差很小，对变压器的设计和热点预测具有一定的指导意义。