油基磁性液体变压器的热特性研究

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1、摘要油浸式变压器是电力系统中不可或缺的重要组成部分，随着电力变压器单台容量和电压等级的升高，对于工程人员，变压器的损耗升高而使得变压器温升超高已经成为难题。而且，因为油浸式变压器油成本低廉、制造方便、绝缘性好而且还有着稳定的冷却性能，所以被大量使用在电网。中为了改善变压器油中的绝缘特性与减少夹件与油箱的杂散损耗，提出了基于Fe3O4纳米改性油浸式变压器的温度场分析。本文从损耗建模计算以及热点温升的计算和研究等方面进行了深入分析和系统研究，主要创新成果和工作如下：（1）本文采用场路耦合法分别对油基磁性液体变压器与纯油变压器（考虑材料的非线性B–H曲线）的三维非线性涡流场进行计算，采用能量法对变压

2、器短路阻抗进行求解，通过计算所得的短路阻抗与设计值所给出的短路阻抗进行对比，验证了计算的准确性；其中磁感应强度的计算值与设计值基本吻合。分析了磁饱和度分别为200高斯、250高斯、350高斯的磁性液体与纯油之间主空道漏磁通的分布，重点对比了冷却液为纯油的变压器与磁饱和度为350高斯的磁液的变压器之间漏磁通与杂散损耗的不同，通过对变压器结构件漏磁通的分析可以看出，采取磁液后油箱以及夹件表面磁密与损耗有了明显的降低。（2）以某油浸式变压器为例，建立了变压器温升计算的三维有限体积模型，利用CFX软件对变压器的温度场以及油流场进行计算，基于电磁场、油流场以及温度场的多场耦合分析方法确定变压器的温升，这

3、种方法考虑了温度对材料特性的影响，对比了磁饱和度为350高斯的变压器与纯油变压器夹件与油箱的温升差异，计算热点温升与设计值结果基本吻合，验证了油基磁性液体变压器具有更优异的散热性，为变压器的热设计提供了重要参考。（3）对油基磁性液体变压器与纯油变压器的油流场进行对比分析，比较高压绕组区域与低压绕组区域的最热点温升以及其油流场流速的不同，验证了油基磁性液体变压器由于热磁对流运动而具有更好的散热性能。关键词：油基磁性液体变压器，漏磁场，损耗密度，多场耦合，变压器热特性IAbstractOilimmersedtransformerisanindispensableandimportantcompon

4、entofthepowersystem.Withtheincreasingcapacityandvoltagelevelofthesinglepowertransformer,theproblemofexcessivelossandexceedingofraisingtemperaturehasbecomemostconsiderableissuesforengineers.Atthesametime,largecapacitypowertransformersmainlyuseoilimmersioncoolingmode.Inordertoreduceoperationcost,moret

5、han80%usesnaturaloilcirculatingcoolingmode.Thepowerofnaturaloilcirculationtransformeristhethermalbuoyancy,anditsinternallossandoilpropertiesarethekeyfactorsthataffecthotspottemperaturerise.Therefore,inordertoimprovetheinsulationcharacteristicsoftransformeroilandreducethestraylossofclipandfueltank,th

6、etemperaturefieldanalysisbasedonFe3O4nanomodifiedoilimmersedtransformerisproposed.Thispaperhasconductedin-depthanalysisandsystematicresearchintermsoflossmodelingandcalculation,andthecalculationandresearchofthehotspottemperaturerise.Themainachievementsandinnovationsareasfollows：(1)Thefieldcircuitcoup

7、lingmethodisusedtocalculatethethree-dimensionalnonlineareddycurrentfieldofoilbasedmagneticliquidtransformerandpureoiltransformer(consideringthenonlinearB-Hcurveofmaterial).Theenergymethodisusedtosolve