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大型油浸式变压器绕组温度场的有限元分析

汇报时间：2024-01-15

汇报人：

引言

大型油浸式变压器绕组温度场基本理论

有限元模型建立与求解

绕组温度场分布规律分析

有限元分析结果与实验验证

结论与展望

引言

变压器是电力系统中重要的电气设备之一，其运行状态的稳定性和可靠性对电力系统的安全运行至关重要。

大型油浸式变压器在运行过程中，由于负载电流和环境温度的变化，绕组温度会发生变化，进而影响变压器的绝缘性能和寿命。

因此，对大型油浸式变压器绕组温度场进行有限元分析，可以准确掌握绕组温度分布和变化规律，为变压器的优化设计和安全运行提供理论依据。

国内外学者在变压器绕组温度场分析方面已经开展了大量研究工作，取得了显著成果。

目前，有限元法已经成为变压器绕组温度场分析的主要方法之一，其可以准确模拟变压器的实际运行工况，得到较为精确的温度场分布结果。

未来，随着计算机技术的不断发展和有限元理论的不断完善，变压器绕组温度场分析的精度和效率将不断提高。

本文旨在通过有限元法对大型油浸式变压器绕组温度场进行深入分析，揭示绕组温度分布和变化规律。

具体内容包括：建立大型油浸式变压器的三维有限元模型，确定材料的热物性参数和边界条件；对模型进行网格划分和求解，得到绕组温度场分布结果；分析不同负载电流和环境温度下绕组温度场的变化规律；提出优化变压器设计和运行的建议。

大型油浸式变压器绕组温度场基本理论

01

02

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描述变压器绕组内部温度分布的物理场，是变压器热设计的重要依据。

变压器绕组温度场定义

包括电流密度、绝缘材料热导率、散热条件等。

变压器绕组温度场影响因素

对于提高变压器运行可靠性、优化变压器设计具有重要意义。

变压器绕组温度场研究意义

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热传导方程

描述热量在物体内部传导过程的偏微分方程，是分析变压器绕组温度场的基础。

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初始条件

给出初始时刻物体内部的温度分布。

03

边界条件

描述物体表面与周围环境之间的热量交换情况，包括对流、辐射等。

有限元方法概述

一种数值分析方法，通过将连续的物理场离散化为有限个单元进行分析，适用于复杂形状和边界条件的求解。

有限元方法求解步骤

包括建立有限元模型、选择单元类型、确定边界条件、求解有限元方程等步骤。

有限元方法在变压器绕组温度场分析中的应用

通过建立变压器绕组的有限元模型，利用有限元方法求解热传导方程，得到绕组内部的温度分布情况。

有限元模型建立与求解

根据变压器的实际尺寸和结构，建立绕组、铁芯、油箱等部件的几何模型。

采用合适的网格类型和大小，对几何模型进行网格划分，以保证计算精度和效率。

根据变压器的实际运行环境，设置相应的边界条件，如环境温度、散热条件等。

采用合适的求解器和求解方法，对有限元模型进行求解，得到绕组的温度场分布结果。

求解过程

边界条件设置

绕组温度场分布规律分析

负载变化对绕组温度场的影响

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随着负载的增加，绕组中的电流增大，导致绕组温度升高。同时，负载变化还会影响绕组的热稳定性，使得温度分布不均匀。

绕组热点温度

02

在负载较大的情况下，绕组中某些区域的温度会显著升高，形成所谓的“热点”。这些热点通常位于绕组的上部或内层，对变压器的安全运行构成威胁。

负载类型对绕组温度场的影响

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不同类型的负载（如稳态负载、暂态负载等）会对绕组的温度场产生不同的影响。例如，暂态负载可能导致绕组温度的快速变化和较大的温度梯度。

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环境温度波动对绕组温度场的影响

环境温度的波动会导致绕组温度的波动，从而影响变压器的热稳定性和运行效率。

01

环境温度变化对绕组温度场的影响

环境温度的升高会导致绕组整体温度的升高，同时还会影响绕组的散热效果，使得温度分布更加不均匀。

02

环境温度对绕组热点温度的影响

环境温度的升高会使得绕组热点温度进一步升高，从而加速绝缘材料的老化，降低变压器的使用寿命。

散热方式的选择

不同的散热方式（如自然冷却、强迫风冷、水冷等）会对绕组的温度场产生不同的影响。合理的散热方式选择可以有效地降低绕组的温度和提高变压器的运行效率。

散热效果的评估

通过对不同散热条件下的绕组温度场进行有限元分析，可以评估不同散热方式的散热效果，为变压器的设计和运行提供理论依据。

散热条件的优化

针对特定的变压器和散热条件，可以通过优化散热结构、提高散热材料的导热性能等方式来提高散热效果，降低绕组的温度。

有限元分析结果与实验验证

温度分布云图

通过有限元分析，可以得到大型油浸式变压器绕组在额定负载下的温度分布云图。该云图直观地展示了绕组各部位的温度高低及分布情况，为后续的优化设计和热管理提供了重要依据。

热点位置及温度

有限元分析可以准确地预测出绕组中的热点位置及其温度。这对于评估变压器的绝缘性能和热稳定性至关重要，同时为变压器的安全运行提供了保障。

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