[發明專利]采用二維軸對稱模型快速計算油浸式變壓器繞組溫度分布的方法

有效

• 申請號: 202010695544.X
• 申請日: 2020-07-16
• 公開（公告）號: CN111814380B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 郝建;劉叢;廖瑞金;楊麗君;張弦亮;吳杰;鐘堯;葉文郁
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種采用二維軸對稱模型快速計算油浸式變壓器繞組溫度分布的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：構建變壓器鐵芯的二維軸對稱模型并進行簡化；

S2：構建等效B-H曲線并對電磁模型進行頻域求解；

S3：采用非線性材料熱流模型對溫度進行耦合計算。

2.根據權利要求1所述的采用二維軸對稱模型快速計算油浸式變壓器繞組溫度分布的方法，其特征在于：所述變壓器為冷卻模式為ODAF的換流變壓器，為單相四柱結構，包括兩個鐵芯、兩組繞組以及熱源；所述兩組繞組并聯連接，結構相同，繞組方向相反；所述繞組從內向外分別為調節繞組、網側繞組和閥側繞組，所述網側繞組包括多個餅，每餅包括多匝繞組，每匝繞組包括多條導線；所述繞組內從頂部到底部設有多個導油板，將繞組分成多個通道，并為油流提供了“Z”形油路，以冷卻繞組。

3.根據權利要求2所述的采用二維軸對稱模型快速計算油浸式變壓器繞組溫度分布的方法，其特征在于：步驟S1中，采用磁路等效法建立變壓器鐵芯的二維軸對稱模型，根據磁路的歐姆定律和基爾霍夫定律，所述換流變壓器模型的等效磁路方程列出如下：

其中，R_m1，R_m2，R_m3和R_m4分別是主柱，旁扼，旁柱和主扼的磁阻，根據相應鐵芯的尺寸來計算；Φ₁，Φ₂，Φ₃分別是不同磁路的磁通量，通過求解方程獲得；F為主柱上的磁通勢；為確保主柱中的磁通量相等，滿足：

Φ₁′＝Φ₁+Φ₁ (2)

R_sum＝R_m1′+2R_m2′+R_m3′ (4)

保證二維軸對稱模型中主柱的尺寸與3D模型中相同，根據以上方程計算二維軸對稱模型中旁柱和鐵扼的尺寸。

4.根據權利要求3所述的采用二維軸對稱模型快速計算油浸式變壓器繞組溫度分布的方法，其特征在于：所述步驟S1具體包括以下部分：

輸入材料參數和B-H曲線；

建立變壓器磁路模型，通過等效磁阻法簡化鐵芯結構，判斷磁阻是否相等，若相等則建立變壓器繞組磁場模型，若不相等則優化等效結構，重新簡化鐵芯結構；

判斷繞組流場流動形式，建立變壓器繞組詳細模型。

5.根據權利要求4所述的采用二維軸對稱模型快速計算油浸式變壓器繞組溫度分布的方法，其特征在于：步驟S2具體包括采用平均磁場能量法來等效地轉換磁導率B-H曲線；

在任何位置和任何時間的磁場能量表示為磁場強度和磁感應強度乘積的體積分：

其中，W_M是磁場能量，B是磁感應強度，H是磁場強度；在正弦激勵下，磁場是正弦變化的；如果保證一個周期內的磁場能量相等，根據時域的B-H曲線，通過積分計算得到鐵芯在頻域的有效磁化曲線，按以下方式獲得：

其中，T為正弦變化的周期，整理公式得到B_AE，即某頻域(1/T)下的B-H等效曲線，該曲線使頻域中非線性材料的計算與時域中的計算具有良好的一致性；

電磁場采用麥克斯韋方程組進行計算，一般時變場的微分形式麥克斯韋方程組寫為：

進行磁場頻域仿真時，采用以下方程進行計算：

B＝μ′H (15)

根據以上步驟得到變壓器的磁場分布和變壓器網側繞組損耗分布。

6.根據權利要求5所述的采用二維軸對稱模型快速計算油浸式變壓器繞組溫度分布的方法，其特征在于：步驟S3具體包括

首先判斷絕緣油流的形式，用雷諾數Re表示，雷諾數較小時，粘滯力對流場的影響大于慣性，流場中流速的擾動會因粘滯力而衰減，流體流動穩定，為層流；反之，若雷諾數較大時，慣性對流場的影響大于粘滯力，流體流動較不穩定，流速的微小變化容易發展、增強，形成紊亂、不規則的紊流流場；

其中Re為雷諾數，ρ為密度，v是流速，d為特征長度，μ為粘性系數；

采用納維-斯托克斯方程和熱傳導方程計算：

獲得變壓器網側繞組溫度分布及流速分布。