油浸式电力变压器绕组温升的多物理场耦合计算方法

作     者：谢裕清 李琳 宋雅吾 王帅兵 XIE Yuqing;LI Lin;SONG Yawu;WANG Shuaibing

作者机构：新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)北京市昌平区102206 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE)

年 卷 期：2016年第36卷第21期

页      面：5957-5965,6040页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51277064) 中央高校基本科研业务费专项资金资助(JB2015131)~~ 

主　　题：油浸式电力变压器 流场 绕组温升 多物理场耦合 最小二乘有限元法 迎风有限元法 

摘      要：为了研究油浸式电力变压器运行过程中绕组温度的分布特性,该文提出了一种计算绕组温升的多物理场耦合有限元计算方法。应用最小二乘有限元法求解油流的流场控制方程,获得速度分布。建立油流与绕组耦合传热问题的统一温度场控制方程,应用迎风有限元法对场域的温度分布进行求解,其中流体及固体间的传热分界面条件能够自动满足。考虑温度对于场域媒质物性参数以及绕组焦耳损耗的影响,将流场与温度场方程通过顺序迭代求解,获得整体场域的最终温度分布。运用该多物理场耦合有限元计算方法对一个油浸式变压器绕组模型进行了分析,并与Fluent软件的计算结果进行了对比。计算结果表明:该文提出的多物理场耦合有限元计算方法与Fluent软件计算的流场分布基本一致,绕组温度分布与Fluent软件的计算结果相比误差小于1K,验证了计算方法的有效性。同时,与经典伽辽金有限元法计算场域温度分布相比,迎风有限元法能够有效地抑制解的非物理振荡,提高了计算方法的稳定性。