基于微槽群复合相变冷却技术的变压器短路温度特性研究

作     者：王雪婷 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鲁文军

授予年度：2015年

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

主      题：变压器 微槽群复合相变 散热冷却 短路 温度场 短路时间 

摘      要：电力变压器是电力系统中重要的电气设备之一,它对电网中电能传输的稳定性、分配的合理性、使用的安全性和系统运行的经济性都具有重要的意义。变压器在系统中运行,短路的发生是人们竭力避免而又不能绝对避免的,其承受短路能力的大小直接关系到电网是否能够安全可靠的运行。随着我国国民经济的迅猛发展以及国家对电网的不断投建与改造,越来越多的大型电力变压器在电网中被投入使用,但在其运行过程中当变压器受到短路冲击电流作用时,因其承受短路电流的能力不足、热稳定性差而引起的变压器绝缘击穿及损毁事故屡见不鲜,这已成为电力变压器中的突出问题。为此,寻求更好的变压器散热冷却方式,提高其抗短路能力势在必行。本文结合国内外对电力设备冷却技术的研究现状,立足于工程实践应用,根据传热学基本原理及经典试验换热准则,分析了电力变压器的内部热源及散热方式。阐述了目前变压器的各种散热冷却方式并指出其缺点或不足之处,分析得出了传统散热冷却方式下变压器绕组的短路温度特性。详细介绍了微槽群复合相变冷却技术(简称为MGCP)及其应用。在此基础上,将微槽群复合相变冷却技术应用于变压器,应用大型有限元软件ANSYS分析计算了基于MGCP的大型油浸式电力变压器的短路温度特性。首先,论述了MGCP应用于变压器散热冷却的可行性,分析了采用MGCP的变压器冷却系统的组成及工作原理,得到了基于MGCP的变压器模型,并指出了基于MGCP变压器冷却系统的优点。其次,应用ANSYS软件建立变压器模型,以变压器绕组为求解区域,对传统散热方式下实心绕组和基于MGCP空心绕组进行计算求解。对于采用MGCP的空心绕组,通过控制压强的方法设定绕组内液体工质的相变温度分别为60℃、70℃、80℃。计算了变压器额定负载运行时,传统实心绕组和基于MGCP空心绕组的温度场,并对仿真结果进行对比分析,验证了基于MGCP的变压器具有散热效率高、温控能力好等优点;研究了变压器发生短路时,传统实心绕组和基于MGCP空心绕组承受不同短路电流3s、5s、10s后的最高温度节点的温度;对比了变压器发生短路时,传统实心绕组和基于MGCP空心绕组可承受不同短路电流的最长时间;综合分析了液体工质相变温度对基于MGCP变压器绕组温度的影响。最后,根据求解结果对比分析得出基于MGCP变压器的短路温度特性,并总结给出了结论。此课题的研究为今后完善变压器冷却系统结构的设计、以及提高其承受短路的能力提供了一定的理论依据,为以后类似的研究提供了参考依据,具有一定的理论和工程应用价值。