為提高油浸式變壓器繞組溫度場(chǎng)仿真計(jì)算的精確性,針對(duì)該類變壓器餅式繞組和變壓器油的材料參數(shù)均隨溫度變化的特點(diǎn),通過分析研究其電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)與流體場(chǎng)的三場(chǎng)控制方程及三場(chǎng)間耦合變量的關(guān)系,提出將電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)松耦合,在溫度場(chǎng)與流體場(chǎng)之間進(jìn)行緊耦合實(shí)現(xiàn)電磁-溫度-流體場(chǎng)三場(chǎng)耦合的建模方法.結(jié)合數(shù)值迭代計(jì)算的原理,以單匝導(dǎo)線作為三場(chǎng)間迭代計(jì)算數(shù)據(jù)映射的基本單元,應(yīng)用有限元法與有限體積法聯(lián)合求解.然后,針對(duì)一臺(tái)實(shí)際的配電變壓器低壓餅式繞組,在測(cè)試且計(jì)及導(dǎo)線匝間絕緣對(duì)傳熱計(jì)算影響、對(duì)剖分網(wǎng)格進(jìn)行敏感性分析基礎(chǔ)上,建立餅式繞組三場(chǎng)耦合仿真模型,仿真計(jì)算餅式繞組的溫度場(chǎng)分布和變壓器油的運(yùn)動(dòng)特性.最后結(jié)合三場(chǎng)間的耦合理論公式對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了合理性分析驗(yàn)證.結(jié)果表明:提出的建模方法和所建的三場(chǎng)耦合仿真模型能有效地考慮三場(chǎng)間的耦合作用,從而提高計(jì)算結(jié)果的精確性,而且其計(jì)算時(shí)間在工程應(yīng)用范圍內(nèi)可接受. 

【文章來源】：北京交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,44(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

多物理場(chǎng)完全耦合迭代計(jì)算流程

由于低壓繞組散熱條件較高壓繞組差等因素限制,油浸式三相變壓器的熱點(diǎn)溫度總是位于低壓繞組中上部[4-5].本文以66MVA-225/26.4 kV ONAN/ONAF配電變壓器中的低壓繞組[10]作為研究對(duì)象,對(duì)其多物理場(chǎng)間耦合作用的不同簡化方式展開研究.該變壓器低壓繞組結(jié)構(gòu)如圖2所示,采用 “之字形”冷卻結(jié)構(gòu),由78段線餅組成,每段線餅由18匝扁銅導(dǎo)線沿輻向繞制而成,低壓繞組內(nèi)側(cè)與對(duì)稱軸間的距離為316.2 mm,左右側(cè)豎直油道寬均為6.4 mm,水平油道寬為4.1 mm,由墊圈將整塊餅式繞組分隔成5個(gè)區(qū)域,第一區(qū)域由2段線餅構(gòu)成,其他分區(qū)均由19段線餅構(gòu)成,上一分區(qū)的油流出口作為下一分區(qū)的油流入口,繞組內(nèi)外側(cè)均由絕緣筒所圍,油流從低壓繞組底部進(jìn)入,通過墊圈及絕緣筒引導(dǎo)變壓器油流過水平、豎直油道,與餅式繞組發(fā)生熱交換.文獻(xiàn)[10]中通過比較分析二維與三維的數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)二維數(shù)值模型進(jìn)行修正,驗(yàn)證了二維數(shù)值計(jì)算的工程適用性,圖2為繞組的特征流體存在的區(qū)域,二維數(shù)值計(jì)算占用較少的計(jì)算資源,因此根據(jù)低壓繞組分區(qū)的幾何對(duì)稱性,通過二維軸對(duì)稱數(shù)值計(jì)算探究多場(chǎng)之間的耦合作用.2.2 數(shù)值仿真模型精確性分析

數(shù)值分析方法計(jì)算的準(zhǔn)確與否和網(wǎng)格剖分的質(zhì)量直接相關(guān),為了保證數(shù)值計(jì)算精度,通過特征區(qū)域內(nèi)最高溫度與對(duì)應(yīng)剖分網(wǎng)格數(shù)量之間的關(guān)系驗(yàn)證網(wǎng)格的收斂性[15],如圖3所示.由圖3可知,對(duì)比網(wǎng)格單元數(shù)為539與394 415時(shí)計(jì)算結(jié)果,二者計(jì)算所得最高溫度相對(duì)差值高達(dá)38.84%,印證了網(wǎng)格可靠性驗(yàn)證的必要性.當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量大于100 000時(shí),最高溫度的計(jì)算值變化小于0.24%,結(jié)合實(shí)際計(jì)算機(jī)資源,最終選擇網(wǎng)格單元數(shù)為108 686,節(jié)點(diǎn)數(shù)為135 492進(jìn)行計(jì)算.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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