OFAF型变压器绕组温升数值研究及结构改进

作     者：张浩阳 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢蓉

授予年度：2022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 数值模拟 流量预测 结构改进 

摘      要：作为电力传输过程中的重要设备,变压器的正常运行对用电安全起到至关重要的作用。而其中变压器过高的绕组热点温度,是导致变压器绝缘加速老化的关键因素,但是变压器实际运行的过程中,绕组热点温度位置一般靠近绕组中上端部且难以确定具体位置,试验测量难度大、成本高。无法通过试验准确确定变压器绕组热点温度数值及其位置对变压器安全运行与变压器绕组结构改进工作带来了巨大的挑战。而采用数值模拟计算方法研究变压器绕组内部温度场、流场更为便捷且具有准确性。本文以一台OFAF型冷却方式变压器为研究对象进行了如下工作:(1)分别建立了绕组入口前结构模型,包括变压器底部油箱油流分配系统三维模型和端绝缘结构二维模型,通过数值计算探究了内部油流的分配以及各进出口的压降分配。结果表明:底部油箱油流分配系统中,不同负载下各进出口压降之间的差别较小,可以认为在不同变压器负载下,由轴流泵泵入的变压器油在底部油箱油流分配系统的作用下在不同出口是均匀分布的;在端绝缘结构中,低压、中压、高压绕组入口的压力相差不大,为绕组的数值模拟边界条件的设定提供了理论依据。(2)建立了适当简化的中压、高压绕组三维模型,通过数值模拟计算得到了不同流量下中、高压绕组的温度场和流场分布,分析得到了热点温度随进口流量的变化趋势和拟合曲线。通过对比数值模拟结果与试验数据中的中、高压绕组平均温度数据,确定了100%负载、70%负载、40%负载条件下中、高压绕组的实际入口流量;推导了变压器顶部冷却油混合后温度计算公式,获得了不同负载下中、高压绕组及绕组外竖直油道的流量分配情况。(3)建立了适用于该型号变压器的进出口温差与绕组损耗、入口流量拟合关系式;实际入口流量与绕组损耗的拟合关系式;并在110%负载条件下将公式计算结果与数值计算结果对比验证,误差在5%以内,证明了所拟合的流量预测公式具有准确性。(4)针对低压绕组,以降低其热点温度为目的,结合三维数值模拟计算的准确性和二维数值模拟计算的快速性与高效性,在多方案的对比计算后提出了结构改进方案。优化改进结果表明:与原始绕组结构相比,改进结构的绕组热点温度下降了6.368K,改进效果明显。