S11-2000/10/0.4型油浸式变压器内温度场模拟研究

【摘要】：近几年来,随着电动汽车的快速发展,越来越多的电动汽车开始接入电网充电。而大量电动汽车充电会导致用电负荷急剧增加,可能使得一些变压器长时间处于满负荷状态下运行而产生超温,影响变压器的安全运行。一般的充电桩为220V/380V的交流充电设备,中小型变压器可以满足部分充电桩的需求。因此,充电站或将一些中小型油浸式变压器在用电高峰时临时投入使用,以保证变压器的安全运行。但中小型变压器在启动过程中,可能因变压器内散热不及时而超温,所以有必要对中小型变压器启动过程中的瞬态温度场进行研究,以确保其安全启动运行。本课题以S11-2000/10/0.4型油浸式变压器为研究对象,对其内部结构进行合理简化,建立了自然油循环变压器模型,并对其油箱结构进行模拟改造,建立了相应的强迫油循环变压器模型。在对该型变压器热性能完成理论分析的基础上,采用COMSOL对其内自然和强迫油循环下的瞬态温度场进行了数值模拟与分析比较。探讨了变压器内温度场及热点随瞬态过程时长及油箱外壁温度的依变关系,对于强迫油循环变压器还讨论了入口油速的影响,并对同等流量下(约为1.67×10-3m3/s)的自然油循环和强迫油循环变压器内瞬态温度场及热点进行了对比分析。研究表明,自然油循环和强迫油循环变压器内高温区域均集中在高低压绕组中上部,其瞬态过程时长分别为180min和30min。变压器内温度场及热点均随瞬态时长及油箱外壁温度的增加而增加,且随油箱外壁温度的增加基本呈线性关系。在强迫油循环变压器中,其内温度场及热点还随入口油速的增加而降低,降低趋势逐渐减缓,其入口存在一个最佳经济流速。变压器内热点位于中间低压绕组中上部,自然油循环变压器内热点高度范围为639mm~740mm,最大值为367K;强迫油循环变压器内热点高度范围(油箱外壁温度313.15K时)为594mm~724mm,最大值为354K。对于同等流量下(约为1.67×10-3m3/s)的自然和强迫油循环变压器,后者冷却效果要远好于前者,强迫油循环变压器内热点高度范围为577mm~613mm,其热点高度低于自然油循环的,自然油循环和强迫油循环变压器内最热点值分别为367K和332K,其均小于允许值,能够保证安全运行。