干式变压器绕组温度场的数值计算与分析-江苏科技大学学报.pdf

第１９卷第３期 华　东　船　舶　工　业　学　院　学　报（自然科学版） Ｖｏ１１９ Ｎｏ３ 　 ２００５年０６月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥａｓｔＣｈｉｎａＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｊｕｎ．２００５ 　　　　　　 文章编号：１００６－１０８８（２００５）０３－００８０－０４ 干式变压器绕组温度场的数值计算与分析 张　强，姚寿广，马哲树 （江苏科技大学 机械与动力工程学院，江苏 镇江２１２００３） 摘　要：根据传热学的基本原理建立了干式变压器绕组温度场的数学模型，采用有限单元方法求解了 变压器绕组的温度场，获得了详尽的温度场分布情况，计算结果与试验结果基本一致，为研究该类变压 器的温度特性提供了方便。 关键词：干式变压器；绕组；温度场；有限单元法 中图分类号：ＴＭ４１２　　　　　　　　文献标识码：Ａ ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄｏｆＷｉｎｄｉｎｇ ｉｎＤｒｙｔｙｐｅＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ＺＨＡＮＧＱｉａｎｇ，ＹＡＯＳｈｏｕｇｕａｎｇ，ＭａＺｈｅｓｈｕ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇ．，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｎｊｉａｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１２００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｔｈｅｏｒｙｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｒｙｔｙｐｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．ＢｙｍｅａｎｓｏｆＦＥＭ，ｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉ ｂｕｔｉｏｎｉｎｏｎｅｐｈａｓｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｒｅｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅｗｉｔｈｔｈａｔｆｒｏｍｔｈｅ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓａｆｅａｓｉｂｌｅｗａｙｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｄｒｙｔｙｐｅｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｒｙｔｙｐｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｗｉｎｄｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ ０　引　言 随着城市用电负荷的不断增加，出于安全和环境保护，干式变压器的用量迅速增加。树脂绝缘干式 变压器采用较高绝缘系统温度等级的环氧树脂作为绝缘介质，具有油浸式变压器无可比拟的优点，但是 其导热性能受到了很大影响，绕组内部的产热与散热情况对其工作性能和可靠性影响较大。当绕组温 度上升到一定极限值时，就会加速绝缘老化，甚至破坏绝缘，直接影响变压器的使用寿命。所以有必要 在给定的条件下，利用传热学的理论进行数值模拟计算并预知变压器绕组上的温度分布，从而获得变压 器的其它热特性，以避免变压器潜在的“热”问题，提高产品的可靠性。文中用传热学理论对实际的某 型变压器模型进行了简化，建立了二维稳态温度场数学模型，具体分析计算了变压器低压绕组和高压绕 组内部的温度分布情况。 收稿日期：２００４－０９－１７ 作者简介：张　强（１９７７－），男，辽宁铁岭人，江苏科技大学硕士研究生。 第３期　　　　　　　　　　　　张　强等：干式变压器绕组温度场的数值计算与分析 ８１ １　干式变压器温度场的数学模型 变压器结构呈几何对称，具体计算时可对其做适当假设以简化模型。假设温度场的分布沿变压器 线圈的圆周方向没有梯度变化，这样就可以用二维轴对称圆柱模型来计算变压器的温度场。对于常系 ［１］ 数、具有内热源的二维稳态温度场，当采用圆柱坐标系，有如下的导热微分方程 ： 铜导体温度场控制方