分体式变压器冷却系统冷却效能模型研究

摘要

随着城区用电负荷的快速增加，城区内变电站的建设数量也在不断增加。综合考虑土地占用面积及城市环境协调等问题，地下变电站及户内变电站的比例越来越大。在封闭的三维空间内，变压器散热十分困难，为保证散热效果，其变压器的冷却器形式及布置方式与常规变电站有很大差异，一般使用分体式、上下式或水平式布置。
　　本文主要从热力学与流体力学角度出发，对分体式变压器进行研究，给出其整个冷却系统中各物理参数的计算方法和变压器本体的数值模拟方法。用于指导分体式变压器冷却系统结构的各项设计。同时可以更好的保障变电站分体冷却变压器的可靠安全运行，提升电网运行可靠性。主要的研究内容与结果有:
　　(1)针对分体式变压器冷却系统所用的片式散热器进行研究。分析其散热过程和流体流动原理，给出在指定散热器油的入口温度与流速的条件下，散热器的出口油温和散热功率的计算方法，得到计算程序。
　　(2)针对分体式变压器冷却系统的循环回路进行研究。分析循环驱动力的产生与各项阻力的计算方法，给出在已知散热器油入口温度的条件下，循环回路中油流率的计算方法，得到计算程序。
　　(3)分析了变压器冷却系统中关键组部件的功能，发热元件的产热原理，及各部件的散热原理。
　　(4)针对分体式变压器冷却系统中的变压器本体进行有限元分析。建立了分体式变压器完整的三维模型，使用ANSYS FLUENT CFD软件进行数值模拟，将前两部分得到的计算程序接入FLUENT中，得到实际运行工况下，该型号的变压器出口油温度为339.08K，顶层油温为341.30K，油温与底层油温的温差为13K。分析三维温度场模型，给出了高低压绕组每饼的温升和绕组热点温度出现的位置，高压绕组最高温升约为64K，调压绕组最高温升为52K，低压绕组最高温升为63K，都低于温升极限标准;分析三维速度场模型，给出了变压器本体和出口油的流动情况。计算出给定工况下分体式变压器冷却系统各参数的值。
　　(5)对上下分体式变压器进行了实验研究，测量了不同工况下各点的实际温度值，将温度值与所得的计算结果进行比对，探讨了散热器与本体垂直距离对冷却性能的影响，在一定范围内，散热器与本体垂直距离变大，平均油温升高。

目录

声明

摘要

符号表

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 国内外地下变电站现状

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 国内研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 散热器散热分析与计算

2．1 散热器散热特性分析

2．1．1 片式散热器简介

2．1．2 分体式散热器的结构特点

2．2 散热器散热功率的计算

2．2．1 整体计算方法及流程

2．2．2 空气侧传热分析与计算

2．2．3 油侧传热分析与计算

2．2．4 散热器总传热特性

2．3 本章小结

第3章 分体式变压器循环回路油流率分析与计算

3．1 油回路的结构特点对比

3．1．1 传统传热模型及流率分析方法

3．1．2 分体式变压器油回路的结构特点

3．2 分体式变压器循环回路油的流率计算

3．2．1 整体计算方法及流程

3．2．2 循环驱动力计算

3．2．3 循环压力损失计算

3．3 本章小结

第4章 变压器本体产热与散热分析

4．1 概论

4．2 变压器本体产热分析

4．2．1 绕组的产热

4．2．2 铁芯的产热

4．3 变压器本体的散热

4．3．1 热传导计算

4．3．2 热对流计算

4．3．3 辐射散热计算

4．4 本章小结

第5章 变压器本体的数值模拟研究

5．1 概论

5．2 CFD方法简介

5．2．1 控制方程

5．2．2 FLUENT求解流程

5．3 MATLAB调控FLUENT方法简介

5．4 几何模型

5．5 网格划分

5．6 边界条件设定

5．7 变压器温度场的结果与分析

5．7．1 整体温度场分析

5．7．2 高压绕组温度场分析

5．7．3 调压绕组温度场分析

5．7．4 低压绕组温度场分析

5．8 变压器速度场的结果与分析

5．9 本章小结

第6章 散热器与本体垂直距离对冷却效能的影响实验

6．1 实验概述

6．2 实验过程

6．3 实验结果与分析

6．4 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

致谢