大容量变压器中油流分布与绕组温度场研究

【摘要】随着电力工业的不断发展，我国生产的超高压、特高压大型电力变压器的额定容量不断增加，变压器的损耗和温升问题已成为国际电工领域的研究热点问题之一。负载损耗是变压器的主要性能参数，其包含的各个损耗分量作为变压器温升研究中的热源，其大小及分布直接影响变压器的热点温升分析。由于变压器在运输过程中体积受到一定的限制，大型变压器单位损耗大且散热困难，负载损耗、冷却特性及绕组区域温升的准确计算和分析是其设计的关键问题。本文针对大容量变压器的负载损耗中的各个损耗分量的分解问题、油流冷却系统的固有特性及工作状态、绕组区域温升问题进行了深入的理论计算分析与实验研究。主要研究内容如下：（1）应用三维非线性时谐场分析法，对变压器漏磁场进行了计算，并且将部分计算结果与实测值进行对比。指定位置漏磁场计算结果与实验值相对误差在5%以内，满足工程要求，验证了计算方法的有效性。（2）建立了考虑材料各向异性及不同屏蔽结构形式的大容量变压器三维有限元时谐涡流场计算分析模型，分析了变压器金属结构件中损耗及分布，通过对十八台不同结构形式及各极限分接运行情况下的变压器产品进行实验及分析，对变压器的负载损耗计算和实验结果进行了对比分析，确定了负载损耗中各个损耗分量所占的比重，并将此计算方法应用于新产品的研发。（3）基于权重系数方法建立了变压器绕组杂散损耗计算数学模型，准确地计算出变压器绕组中的杂散损耗。针对不同导线结构进行了实验，并且对数值仿真得到负载损耗计算结果与实验结果进行了对比分析，确定了此方法中的权重系数，提高了绕组杂散损耗的计算精度，并应用此方法对新产品进行了验证分析。（4）根据流体力学、流体动力学及粘性流体力学理论，提出了FVM—FLIC耦合方法，分析了变压器冷却系统油流特性，确定冷却系统的工作状态。建立大容量变压器流体域的数值分析模型，对变压器整体冷却系统油流特性进行计算与分析。通过对冷却系统油流特性的分析，确定了冷却系统动力源—油泵的工作点，进而确定冷却系统的工作状态，并将此计算得到的数据结果应用于绕组区域温升的计算。（5）基于电磁场、流场及温度场的多场耦合及流—固耦合方法，建立了变压器绕组区域温升计算模型，分析了变压器绕组区域温升分布。首先，通过对变压器电磁场的分析，计算出绕组区域的损耗及分布，得到绕组区域温升计算的热源；其次，对变压器整体油流冷却系统进行计算与分析，确定冷却系统的工作点和工作状态，得到绕组区域温度场计算的边界条件；最后，通过对变压器绕组区域进行多场耦合及流—固耦合计算分析，得到绕组区域的温升及分布。通过对变压器绕组区域进行光纤测温实验，并将计算结果与实验结果进行对比分析，修正计算方法，同时也验证了温升计算方法的有效性和实用性。（6）采用本文计算方法，对一台特高压、大容量的变压器进行优化设计及分析计算。在对变压器负载损耗的分解计算、油流冷却系统的分析和绕组区域温升的计算分析基础上，提出了改善绕组区域损耗分布的方法，建立了一套高效、节能的变压器油流冷却系统，简化了冷却结构，改善了变压器绕组温升，设计的产品通过了实验考核。
【作者】井永腾；
【导师】李岩；
【作者基本信息】沈阳工业大学，电机与电器，2014，博士
【关键词】损耗分解；油流冷却系统；绕组温升；多场耦合；流-固耦合；

【参考文献】
[1]曹媛.基于多通道交互的虚拟城市规划系统研究与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2011,硕士.
[2]吴炤岑.光伏并网系统孤岛效应检测方法的研究[D].辽宁工业大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[3]吴权辉.泡沫硬化剂联合透光静脉旋切术治疗下肢静脉曲张的初步研究[D].广州医科大学,外科学,2013,硕士.
[4]本报记者李向林.让电子商务迈前一步[N].中国计算机报,2001-04-09E05.
[5]马小芹.大学生人格特质、评价恐惧和人际交往能力的关系研究[D].蚌埠医学院,护理学,2013,硕士.
[6]郭生昌.沉淀池的计算机数值模拟[D].东华大学,环境工程,2004,硕士.
[7]杨帆,秦银河,董军,刘志敏,曹秀堂,刘广东.数据仓库技术及其在医疗质量信息分析中的应用[J].第三军医大学学报,2005,05:451-453.
[8]赵宇晴,胡传跃,郭军.锂离子电池石墨烯负极材料的制备与电化学性能[J].湖南人文科技学院学报,2013,04:94-96.
[9]晏伟.基于VMI的陕西美能燃气有限公司采购物流流程改进研究[D].西安建筑科技大学,工商管理,2013,硕士.
[10]陈超.房地产企业网络营销平台的建设策略研究[D].东北师范大学,情报学,2012,硕士.
[11]万春怡.曹禺话剧的叙事模式[D].河北师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[12]沈元平.企业社会责任、顾客认同对顾客公民行为的影响研究[D].浙江财经学院,企业管理,2012,硕士.
[13]徐超群.半散放赛加羚羊种群遗传多样性的研究[D].北京林业大学,野生动植物保护与利用,2013,硕士.
[14]申楠楠.主体功能区背景下甘肃省生态脆弱区发展优化调控研究[D].兰州商学院,国民经济学,2014,硕士.
[15]李江.新生代脑力劳动者离职倾向影响因素研究[D].华中科技大学,企业管理,2012,硕士.
[16]张猛.基于话题的事件相似度计算[D].河北大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[17]程思杰.计入环境因素的火力发电项目经济效益后评价[D].哈尔滨工业大学,世界经济,2013,硕士.
[18]温雅君.”协同教学”模式下韩国高中生汉语词汇学习策略[D].广西师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[19]滕海娇.基于联苯并噻二唑中心的交叉结构分子的设计、合成及性质表征[D].吉林大学,物理化学,2013,硕士.
[20]孙长波.桑叶中有效部位分离工艺研究[D].吉林农业大学,生药学,2012,硕士.
[21]李超锋.大幅面扫描仪上层驱动软件设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2011,硕士.
[22]刘艳军.非线性系统的无源化控制[D].沈阳工业大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[23]史玉丽.基于嵌入式的数据存储与通信模块的设计[D].内蒙古师范大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[24]相文强.塔河渣油脱钒与加氢热解性能研究[D].新疆大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[25]王小风.氧化物纳米材料对CO_2及还原性气体的气敏性研究[D].山东大学,材料物理与化学,2014,博士.
[26]刘华.负压吸引促进大鼠坐骨神经再生的实验研究[D].辽宁医学院,外科学,2012,硕士.
[27]刘丽丽.大尺寸曲面视觉测量方法与系统研究[D].河南科技大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[28]谭飞.辽宁省能源消费的长期均衡与短期波动研究[D].大连理工大学,产业经济学,2013,硕士.
[29]池凤莲.滨海旅游环境承载力评价研究[D].厦门大学,旅游管理,2014,硕士.
[30]刘晓天.工艺品订单生产管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[31]宋凯.《金石萃编》研究[D].山东大学,中国古典文献学,2013,硕士.
[32]胡思行.我的美，由你来发现[D].浙江大学,新闻与传播（专业学位）,2013,硕士.
[33]黄霄霄,黄佳兴,李松岭.AltiumDesigner的一些PCB外观优化方案[J].电子制作,2015,03:99.
[34]蒋建东,陈培余,童一珏,WILLEMHoogmoed.基于机器视觉的轻触开关引脚缺陷检测算法研究[J].浙江工业大学学报,2015,01:30-33+38.
[35]杨俊峰,李哲英,修丽梅.高速流水线ADC中跨导放大器设计及误差分析[J].电子测量与仪器学报,2014,05:538-544.
[36]张海燕.小学教师工作量和教学效能感相关性研究[D].首都师范大学,教育管理,2013,硕士.
[37]张东英.航空滚动轴承典型缺陷的分类识别研究[D].河南科技大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[38]李欣,陈旭梅,万涛,郭淑霞.基于遗传算法的VISSIM人车参数标定方法[J].中国民航大学学报,2014,01:33-36.
[39]李东晨.基于有限元强度折减法的抗滑桩—边坡体系稳定性研究[D].大连理工大学,岩土工程,2013,硕士.
[40]魏慧.世界五百强企业的生命周期及其决定因素[D].浙江工业大学,国际贸易学,2012,硕士.
[41]魏秀业.基于粒子群优化的齿轮箱智能故障诊断研究[D].中北大学,2009.
[42]耿佳琳.制造型企业ERP系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[43]王超.重庆市主城区二氧化硫排污权交易定价机制研究[D].贵州财经大学,人口、资源与环境经济学,2013,硕士.
[44]李松.湿热环境下过载损伤钢和CFRP板搭接接头的抗拉承载力研究[D].广东工业大学,结构工程,2014,硕士.
[45]黄克,朱朝辉.电炉负荷微机显示系统[J].冶金自动化,1992,02:55-56.
[46]钱天华,龚永芬.在实验室开展生产实习,加强学生电子技术能力培养[J].高等建筑教育.1991(03)
[47]刘大松.草鱼肉在微冻和冰藏保鲜中的品质变化及其机理[D].江南大学,食品科学,2012,硕士.
[48]施彤欣.加味五苓散对高尿酸血症大鼠模型不同部位尿酸与肿瘤坏死因子（TNF-α）影响的实验研究[D].福建中医药大学,中医临床基础,2013,硕士.
[49]RAMAKRISHNANKrishnan,RAYGoshaidas.时变滞后Lurie型系统的改进稳定性准则(英文)[J].自动化学报,2011,05:639-644.
[50]吴迪.高中英语写作任务型学习环境设计研究[D].东北师范大学,教育技术学,2012,硕士.