ansys变压器温度场分析.doc

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1、变压器温度场的有限元分析华北科技学院机制B091班220kV大容量油浸式电力变压器温度场的有限元分析随着电力建设的不断发展，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器在内部温升控制方面一直是近年来困扰变压器制造企业的技术难题之一。如何开发合适的温度场计算技术，准确地计算变压器在各种运行状态下内部线圈、结构件及铁芯等部位的温度，控制内部热点温度不超过其内部绝缘材料的许用温度，从而保证变压器的热寿命，提高变压器的安全可靠性，是企业急需解决的问题。本课题采用有限元技术对大容量变压器的温度场进行数值模拟与分析。主要研究内容有：1)了解和掌握大型变压器的结构与工作状况；2)建立典型的220kV变压

2、器的有限元分析模型；3)分析与计算变压器的温度场分布；表1该变压器主要参数型号SFSZ9-31500/220联结组标号YNy0d22额定高压电压220KV额定高压电压10KV额定高压电流165.3A额定低压电流1818.7A高压每相匝数737低压每相匝数116高压线圈φ948-φ1111低压线圈φ598-φ710铁芯直径φ565/576铁心轭高565油箱长4830油箱宽1670油箱高2685线圈高1164定义油和所有线圈的相对磁导率为1，油箱的磁导率为300，屏蔽材料的磁导率为2000。表2变压器结构参数变压器结构参数表有限元分析参数名称变量数值1铁芯柱半径(mm)cr282.52铁芯

3、柱高度(mm)ch25553片间距(mm)c1662.54低压线圈内半径(mm)d12995低压线圈外半径(mm)d23556中压线圈内半径(mm)z13857中压线圈外半径(mm)z14368高压线圈内半径(mm)g14749高压线圈外半径(mm)g255510线圈高度(mm)h116411油箱长度(mm)tl483012油箱宽度(mm)tw167013油箱高度(mm)th268514油箱厚度(mm)tt1015低压相电流(A)i1105016高压相电流(A)i2165.317电流频率(Hz)hz50(1)变压器几何尺寸在宽度方向与x轴对称:铁心窗口上、下边距绕组高度中心线相等油箱上

4、、下盖的内侧距绕组高度中心线相等。(2)忽略励磁电流和环流，一、二次侧绕组安匝平衡。(3)油箱磁屏蔽的μ→∞，可作为边界而处理。(4)旁扼截面可看成矩形截面。电力变压器是电力网中的主要设备，其总容量达到发电设备总容量的5～6倍。电力变压器的技术性能、经济指标直接影响着电力系统的安全性、可靠性和经济性。随着科学技术的发展、生产技术的进步以及新型电工材料的开发应用，变压器的各项性能指标不断刷新，单机容量越来越大，变压器中的漏磁场也随之增大，引起了人们的关注。在额定运行情况下，漏磁场的增强引起的变压器附加损耗的增加将直接影响变压器的行效率和产品的竞争力。严重的是，由于漏磁场在一定范围内的金属

5、结构件中产生的涡流损耗不均匀，有可能造成这些结构件的局部过热现象。变压器的容量越大，漏磁场就越强，从而使稳态漏磁场引起的各种附加损耗增加，如设计不当它将造成变压器的局部过热，使变压器的热性能变坏最终导致绝缘材料的热老化与击穿。在电力系统发生短路时，暂态短路电流产生的漏磁场还可能产生巨大的机械力，对其绝缘和机械结构造成致命威胁。为了避免此种事故发生，必须对漏磁进行全面的分析。为此，对变压器运行的效率、寿命和可靠性提出了越来越高的要求。目前普遍认为漏磁场包括纵向漏磁和横向漏磁两个分量（实际上，还存在环形漏磁，因其太小，通常忽略不计）。变压器的横向漏磁通远小于纵向漏磁通。俯视图侧视图绕组和铁

6、心变压器模型剖分图漏磁场分布三维温度场模型Z=0平面温度场分布X=0平面温度场分布X=0平面气流速度矢量分布铁心温度场分布低压绕组温度场分布油箱外表面温度场分布变压器温度场云图分布图a绕组底部b绕组端部各部件平均温升对比 铁心低压绕组高压绕组仿真值/K135.3130.9138.9解析值/K119.1115.7115.8绝对误差16.215.223.1相对误差13.6%13.1%19.95%低压绕组二维温度场模型•低压绕组温度场分布图　计算结果与分析我分析了变压器的三维与二维温度场，高低压绕组都随着轴向高度的增大而上升，最热点靠近端部位置。高压绕组温升要高于低压绕组，这是因为铝导线的散

7、热差并且高压单层体积大于低压单层体积。铁心温升要轴向高度增加，中间心柱要略高于旁轭。油箱顶部温升较高，与实际分布相符。利用程序模拟计算了室温在29.0℃下,额定容量为200kV　图的温度云图表示了变压器绕组高低压线圈温度的分布情况,温度单位为℃。可以看出:不论是低压绕组还是高压绕组,温度分布是不均匀的,下部温度低,上部温度高;绕组的最低温度位于整个绕组的底端;最高温度位于整个绕组的上半部分,其中低压绕组的最高温度偏离径向向右,轴向距底端约17/