电力变压器绕组中涡流损耗及其温度场研究.doc

辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文） PAGE PAGE 21 电力变压器绕组中涡流损耗及温度场研究 摘要 电力变压器的涡流损耗及其在变压器中造成的局部过热问题一直是变压器设计计算中未能很好解决的一个问题。变压器的容量越大，漏磁场就越强，涡流损耗也就越大，以及由涡流损耗造成的局部过热问题也就越突出。因此，如何解决这一问题就显得至关重要。 本文运用变压器及电磁学基本理论，通过对变压器二维模型进行大量的计算机仿真研究，建立电力变压器二维漏磁场模型。然后通过大型通用有限元软件Ansys，对变压器二维漏磁场进行精确的分析，得出了高压绕组和低压绕组上的磁感应强度分布情况及每一个有限元单元的磁感应强度值，对绕组上的纵向漏磁场及横向漏磁场进行了分析对比。在此基础上比较准确的计算出了由变压器漏磁场引起的绕组涡流损耗，并把这一损耗与工程上使用经验公式计算出的值作了比较分析。 在计算出绕组总的损耗的基础上，对变压器的温度场进行分析研究，得出绕组的温度场分布图。并用相关理论对所得结果进行分析，提出了改进强迫导向油循环中导向区的分布的方案，并从理论上证明了该方法的可行性。为电力变压器的设计提供理论依据。 关键词:电力变压器，漏磁场，涡流损耗，温升 目 录 第一章 绪论1 1.1本文的研究背景与意义1 1.2国内外研究现状1 1.3本文研究的主要内容2 1-3-1电力变压器漏磁场研究 1-3-2 1-3-3 第二章电磁场基本理论及其研究方法4 2.1电磁场基本理论4 2-1-1麦克斯韦方程 2-1-2边界条件 2-1-3标量磁位及其偏微分方程 2-1-4磁矢位及其微分方程 2.2时变电磁场辅助变量的引入与偏微分方程9 2-2-1电磁位 2-2-2 2-2-3似稳电磁场中必的方程 2-2-4似稳电磁场中的的方程 2.3有限元数值解法概述11 第三章电力变压器漏磁场分析11 3.1变压器漏磁通的分类12 3-1-1变压器漏磁产生的原因 3-1-2漏磁通的分类 3.2实际变压器模型的建立14 3.3绕组上漏磁场的计算及分析12 第四章绕组涡流损耗的计算与分析10 4.1工程上双绕组变压器中绕组纵向涡流损耗的计算21 4.2利用有限元法计算绕组涡流损耗15 4.3实例计算26 第五章绕组中的温度场及其分布30 5.1变压器散热形式分析30 5.2温度场边界条件的介绍二15 5.3变压器冷却方式36 5.4绕组温升的计算与分析38 5-4-1高出油温的绕组温升计算 5-4-2 5.5油温及油面温升计算42 5.6实例分析与计算44 5.7Ansys模拟绕组温度场46 第六章结论50 考文献51 附录A54 致谢59 第一章 绪论 1.1本文的研究背景与意义 在电力系统中，电力变压器是电力传输中最重要的器件之一，它对电能的经济传输，灵活分配和安全使用具有重要意义。要想保证电力系统的安全运行，主要是靠高压电气设备的安全运行可靠性来决定，而变压器又是一种主要的高压电气设备。变压器工程涉及电、磁、热、力、环境、材料、可靠性等多种学科，一些工程问题无论用实验或分析方法解决都相当困难。大规模的变压器电磁场问题实际上很难确知它的真解。人们总是在产品设计，工艺制造过程中不断的探索，提出和改进一系列的设计计算和分析方法，研制面向变压器产品性能分析的软件系统，不断地用各种可能的手段予以验证，提高设计、制造水平，使变压器在电力系统中安全可靠的运行。 随着现代社会电力工业飞速发展，变压器单台容量也在不断增加。在变压器运行中，由于漏磁场作用而带来的各种附加损耗以及局部过热问题亦更为突出。变压器涉及电气量的部件主要就是绕组，据统计资料表明，变压器中最常发生故障的部件之一就是变压器的绕组，它的损坏率约占整个变压器故障的60%一70%【1】，而在变压器绕组故障中，其中因绝缘老化而导致的绕组匝间短路、相间短路、绕组对地短路占整个故障的7%0一80%【2,3】。可以证明，变压器的容量越大，相应漏磁通对主磁通的比值增大，漏磁场也就越强，从而使绕组导体中由漏磁场所感应的涡流密度增加，涡流损耗和杂散损耗随之增大，损耗过大势必会引起绕组过热问题，当绕组的温升达到一定程度，就会超出国标规定的温升限值，而温升限值是以变压器的使用寿命(主要是绝缘材料的使用寿命)为基础【4】。根据每年国家电力公司变压器事故反措统计数据来看，确有相当一部分变压器由于漏磁通在绕组上产生的损耗过大，温升严重超标。由此可以看出，若漏磁场造成的涡流损耗过大，将造成一系列的连锁反应，即涡流损耗过大或分布过度集中造成温升过高，从而使绝缘材料提前老化或击穿，缩短使用寿命，进而影响变压器的效率和正常运行。对变压器的漏磁场以及相关损耗和绕组温升的分析研究，可以对变压器安全可靠运行做到防患于未然。因为电力设备的故障给人们的生产和生活所带来