一种变压器温度模型简化方法技术

本发明专利技术公开了一种变压器温度模型简化方法，确定主要热源，计算变压器热模型，将热源视为均匀发热体，确定变压器的类型，若为一体式变压器，其散热器内壁的环境温度简化的等效为本体的外壳温度；若为分体式变压器，散热器外壳所处温度视为不受本体温度影响的外界自然环境温度。本发明专利技术能够根据一体式变压器和分体式变压器结构的不同分别对两者热模型进行简化，从而可以明确一体式变压器和分体式变压器的主要散热区别。进而可以进一步的在原有的一体式变压器模型的基础上，通过合理的推导得到可信的分体式变压器的热模型。

A simplified method for transformer temperature model

The invention discloses a simplified method of transformer temperature model, determine the main heat source, calculation of transformer thermal model, the heat source is regarded as uniform heating, determine the type of transformers, if integrated transformer, the inner wall of the radiator temperature equivalent simplified shell body temperature; if the split type transformer radiator shell the temperature as from body temperature influence of environment temperature. The invention can simplify the thermal model of the transformer according to the difference of the integral transformer and the split type transformer, so as to clear the main heat dissipation difference between the integral transformer and the split type transformer. Furthermore, the thermal model of the credible split type transformer can be obtained by reasonable derivation on the basis of the original one type transformer model.

【技术实现步骤摘要】
一种变压器温度模型简化方法
本专利技术涉及一种变压器温度模型简化方法。
技术介绍
变压器是电力系统的重要设备，在电力工程中的各个领域上获得了广泛的应用，对电能的经济传输、安全使用和灵活分配具有重要意义。随着城市化进程的不断发展，城区规划区域不断扩大；同时，生活水平的提高使得城区的用电负荷快速增加,这也提高了城区内变电站的建设数量。由于社会生活对电气的依赖程度大大提高，对供电设备的质量要求也比过去更为严格。变压器内部的热力特性是衡量变压器内部绝缘老化和预测寿命的依据，对于变压器内部的温度分布特性的研究是保证变压器稳定运行的关键条件。综合考虑土地占用面积及城市环境协调等问题，上海、北京、广州等大型都市新建的110kV级以上变电站中地下变电站及户内变电站的比例越来越大。由于空间限制和电力设备散热需求，地下变及户内变变压器的冷却系统往往需采用与变压器本体分离设计的方式。随着分体式变压器的普及，研究其热模型以及影响其散热的因素具有重要意义。目前，对一体式变压器热模型的研究比较成熟，但对于分体式变压器热模型的研究尚在起步阶段。由于分体式变压器采用变压器本体和散热器相分离的结构设计，变压器的本体和散热器可以分别位于两个不同的散热空间。结构上的改变使得分体式变压器的热模型有异于传统的一体式变压器——一体式变压器的散热会受到主体本身的强烈影响，而分体式变压器受到的影响较为微弱，但两者在产热和散热的原理上大致相同。因此，如何对一体式变压器和分体式变压器的温度模型进行区分，并针对不同的特点建立热模型成为一个重要问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种变压器温度模型简化方法，本方法针对一体式变压器和分体式变压器结构上的不同来确立其热模型,通过设置不同的简化条件来实现对一体式变压器和分体式变压器的热模型简化。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种变压器温度模型简化方法，确定主要热源，计算变压器热模型，将热源视为均匀发热体，确定变压器的类型，若为一体式变压器，其散热器内壁的环境温度简化的等效为本体的外壳温度；若为分体式变压器，散热器外壳所处温度视为不受本体温度影响的外界自然环境温度。在计算变压器热模型时，仅考虑主要发热器件和主要散热器件，变压器运行时变压器的电路和磁路的主要组成部分，即绕组、铁心、引线及钢管构件，是主要热源，这些部件的损耗全部转化为热量；其中绕组产生的损耗占总损耗的80％左右，是变压器的最主要热源。在自然油循环冷却的变压器中，油箱和散热器的主要散热方式为自然对流散热。一体式变压器的主体和散热器之间的距离非常小，且在同一散热空间下，因此主体壳体的温度对散热器内壁温度的影响非常大，因此一体式变压器的散热器内壁的环境温度简化的等效为本体的外壳温度。由于分体式变压器采用变压器本体和散热器相分离的结构设计，变压器本体和散热器可以分别位于两个不同的散热空间，因此忽略本体温度对散热器的影响，分体式变压器的散热器外壳所处温度则近似看为不受本体温度影响的外界自然环境温度。当忽略一体式变压器的热辐射影响，得到分体式变压器的热模型。当处理分体式变压器热模型时考虑热辐射的影响，得到一体式变压器的热模型。一种一体式变压器温度模型简化方法，确定主要热源，计算变压器热模型，将热源视为均匀发热体，基于一体式变压器的主体和散热器在同一散热空间下，将散热器内壁的环境温度简化的等效为本体的外壳温度，若已有分体式变压器的热模型，考虑热辐射的影响，以得到一体式变压器的热模型。一种分体式变压器温度模型简化方法，确定主要热源，计算变压器热模型，将热源视为均匀发热体，基于变压器本体和散热器相分离，且分别位于两个不同的散热空间的结构，忽略本体温度对散热器的影响，视为外界自然环境温度；若已有一体式变压器的热模型，忽略热辐射的影响，以得到分体式变压器的热模型。本专利技术的有益效果为：本专利技术能够根据一体式变压器和分体式变压器结构的不同分别对两者热模型进行简化，从而可以明确一体式变压器和分体式变压器的主要散热区别。进而可以进一步的在原有的一体式变压器模型的基础上，通过合理的推导得到可信的分体式变压器的热模型。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为一体式变压器简化示意图；图2为分体式变压器简化示意图；图3为一体式变压器的简化仿真模型；图4为一体式变压器散热器内壁温度和本体外壁温度对比；图5为一体式变压器和分体式变压器热模型之间的关系。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。对模型进行合理的简化，以保证计算的精确性。由于实际变压器结构呈几何对称分布，为了降低计算的复杂性提高运算效率，将三维模型转化为二维模型进行计算。变压器的三相绕组呈几何对称，所以可以采用其中一相作为研究对象。因为绕组圆周方向尺寸远小于轴方向尺寸，可以把三维的绕组模型转换为二维轴对称圆柱模型。这样简化的模型易于计算。在此采用层流模型来计算分体式变压器内部的温度场与油流场。变压器运行时，变压器电路和磁路的主要组成部分，即绕组、铁心、引线及钢管构件是主要热源。这些部件的损耗全部转化为热量。其中绕组产生的损耗占总损耗的80％左右，是变压器的主要热源。在此假设热源不变，是一个均匀发热体。绕组的热源主要是电阻的损耗和绕组内部的涡流损耗。分体式变压器热量传递过程非常复杂，通常归纳为以下几个主要传热方式：①本体运行产生的热量经热传导发散到冷油中；②线圈表面附近的油经对流散热的方式把热量传到油箱或者散热器的内表面；油箱或散热器内表面的热量经传导方式散到外表；③最后所有的热量均以对流和辐射的方式散到周围空气中去。在自然油循环冷却的变压器中，油箱和散热器的主要散热方式为自然对流散热。变压器的散热为本体表面和散热管表面与周围空气的对流换热。如图1所示，传统的一体式变压器的主体和散热器之间的距离非常小，且在同一散热空间下。因此主体壳体的温度对散热器内壁温度的影响非常大，因此一体式变压器的散热器内壁的环境温度可以简化的等效为本体的外壳温度。如图2所示，由于分体式变压器采用变压器本体和散热器相分离的结构设计，变压器本体和散热器可以分别位于两个不同的散热空间。因此忽略主体温度对散热器的影响，分体式变压器的散热器外壳所处温度可以近似认为是不受本体温度影响的外界自然环境温度。为了进一步显示出分体式变压器和一体式变压器本体温度对散热器温度的影响，在理想条件下进行仿真计算。使用COMSOL软件对理想条件的变压器进行仿真。为了进一步简化仿真，在仿真模型中，仅保留外壳大框架和发热散热的主体部分，使用层流模型来仿真变压器内部的油流。假设发热铁芯的发热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器温度模型简化方法，其特征是：确定主要热源，计算变压器热模型，将热源视为均匀发热体，确定变压器的类型，若为一体式变压器，其散热器内壁的环境温度简化的等效为本体的外壳温度；若为分体式变压器，散热器外壳所处温度视为不受本体温度影响的外界自然环境温度。

【技术特征摘要】
1.一种变压器温度模型简化方法，其特征是：确定主要热源，计算变压器热模型，将热源视为均匀发热体，确定变压器的类型，若为一体式变压器，其散热器内壁的环境温度简化的等效为本体的外壳温度；若为分体式变压器，散热器外壳所处温度视为不受本体温度影响的外界自然环境温度。2.如权利要求1所述的一种变压器温度模型简化方法，其特征是：在计算变压器热模型时，仅考虑主要发热器件和主要散热器件，变压器运行时变压器的电路和磁路的主要组成部分，即绕组、铁心、引线及钢管构件，是主要热源，这些部件的损耗全部转化为热量。3.如权利要求1所述的一种变压器温度模型简化方法，其特征是：在自然油循环冷却的变压器中，油箱和散热器的主要散热方式为自然对流散热。4.如权利要求1所述的一种变压器温度模型简化方法，其特征是：当忽略一体式变压器的热辐射影响，得到分体式变压器的热模型。5.如权利要求1所述的一种变压器温度模型简化方法，其特征是：当处理分体式变压器热模型时考虑热辐射的影响，得到一体式变压器的热模型。6.一种一体式变压器温度模型简化方法，其特征是：确定主要热源，计算变压器热模型，将热源视为均匀发热体，基于一体式变压器的主体和散热器在同一散热空间下，将散热...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏本刚，黄华，姚周飞，李可军，娄杰，张钰莹，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，山东大学，
类型：发明
国别省市：上海,31