树脂绝缘干式变压器内部温度场的数值模拟和平均温升计算方法的研究

摘要

树脂绝缘干式变压器以安全、难燃防火、综合运行成本低和可以直接安装在负荷中心等优点愈来愈受到用户的青睐。其内部的温度分布情况直接影响到变压器的实际运行。因此掌握变压器内部的温度分布，就可以为监测设备运行情况的热电偶埋设地点提出建议，并对于进一步研究该类变压器的热特性和优化干式变压器的散热结构提供参考依据具有重要意义。另外变压器绕组平均温升的计算对产品的研制开发和运行十分重要，但传统方法计算绕组的平均温升误差较大，因此探索一种新的绕组平均温升计算方法就十分必要。 本文依据传热学的理论，针对环氧树脂浇注干式变压器建立了同时考虑铁心、高低压绕组和绝缘筒的数学模型，分析了变压器绕组的热源和散热条件并确定了边界条件。利用该模型，结合试验结果确定了变压器的局部换热系数，通过有限单元法得到了干式变压器一相的铁心、低压绕组和高压绕组的温度分布情况，讨论了变压器内部温度场的分布及最热点位置，并将绕组平均温升的计算结果与试验值进行了比较，结果吻合较好。计算结果表明：箔式绕组的温度沿着轴向逐渐增高，线绕绕组的温度沿着轴向分段升高；高压绕组的最热点温度高于低压绕组的最热点温度；铁心、高低压绕组的最热点都位于偏上部，但具体位置不尽相同。 本文还根据相似理论总结归纳出用于计算干式变压器绕组平均温升的换热准则关系式，并基于ANSYS的APDL语言开发了变压器温度场分析专用程序。将准则关系式所计算的绕组平均温升的结果和试验结果进行了比较，计算精度比传统方法有所提高，从而证明了这种计算干式变压器绕组平均温升方法的可行性