[发明专利]一种变压器绕组流体温度场仿真模型的优化方法

说明书

本发明提供了一种变压器绕组流体温度场仿真模型的优化方法，所述方法根据产品的试验数据和流体的材料特性，用经验公式将变压器的散热器中的流体状态简化为管路端口的等效自冷流体压力，提供一种等效自冷流体压力和温升、流体密度、比重的对应关系；在变压器绕组内部流体温度场耦合计算过程中利用等效自冷流体压力精确计算绕组内部流体的流动分布和热点温升，节省计算机资源、缩短计算时间和简化了仿真模型,提高了流体温度场的计算精度。

技术领域

本发明涉及变压器流体、温升仿真计算技术领域，尤其涉及一种变压器绕组流体温度场仿真模型的优化方法。

背景技术

对于自冷/吹风冷却方式变压器来说，在变压器本体损耗发热区域，热量通过绕组的外表面传至相邻的油介质中。油被加热、密度降低，沿着器身周围借助浮力向上流动，进入散热器。从散热器下部出来进入本体油箱的冷油取代了上浮的油，散热器上部的热油沿着散热器的壁散出它的热量，油的密度又重新增加并向下流动，如此循环，构成闭合的流体场。油流量分配及流速是由绕组表面热负荷、绕组散热结构以及流体特性所共同决定。

变压器的温升仿真计算实际上是电磁生热一流体一温度场的三场耦合问题计算。变压器的流体场域主要有两个部分：一个是损耗发热区域，也就是变压器本体；另一个是散热区域，包括冷却器、片式散热器等多种类型的冷却散热装置；两个区域中间由管路连接。变压器的发热、散热油路结构都非常复杂，从理论上来说，应该建立完整的发热和散热结构的全场域仿真模型，并准确设定散热装置与外部冷却介质的换热系数。如果采用全场域建模方法，流体模型将非常复杂，受制于网格剖分数、求解时间长等因素影响，求解异常困难，计算精度无法保证，目前仍难以实现全场域的电磁-流体-温度场耦合求解。

发明内容

为了解决上述所存在的技术问题，本发明结合传统经验方法、产品的试验数据和流体的材料特性，将冷却区域流体状态简化为管路端口集中参数，将有限的计算机资源集中在变压器本体绕组的仿真模型计算。目的是优化绕组结构，提高计算精度，保证绕组的温升及热点不超标，这也是整个变压器温升控制的最关键技术所在。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变压器绕组流体温度场仿真模型的优化方法，根据产品的试验数据和流体的材料特性，用经验公式将变压器的散热器中的流体状态简化为管路端口的集中参数,将集中参数用于变压器绕组流体温度场的耦合计算得到绕组流体的热点分布图和流动分布图。

进一步的，所述变压器包括自冷式变压器。

进一步的，所述散热器包括片式散热器。

进一步的，所述流体包括矿物油、天然酯植物油和合成酯油。

进一步的，所述管路端口为变压器本体与散热器的连接管路端口。

进一步的，所述集中参数包括等效自冷流体压力。

进一步的，所述产品的试验数据包括环境温度、散热器的出口流体温升、散热器的入口流体温升、绕组的高度、散热器的高度和散热器中心与绕组中心的高度差。

进一步的，所述流体的材料特性包括流体在平均温度下的流体密度和热体积膨胀系数。

优选的，所述用经验公式将变压器的散热器中的流体状态简化为管路端口的集中参数具体包括以下步骤：

第一步：计算散热器入口和出口的流体温差，计算公式如下：

Δθ_co＝Δθ_oic-Δθ_ooc

其中，Δθ_co为散热器入口和出口的流体温差，Δθ_oic为散热器入口的流体温升，Δθ_ooc为散热器出口的流体温升；

第二步：求解散热器中流体对空气的对数平均温差，计算公式如下：