CN108388744A - 一种稳态变压器热效应的仿真方法及系统 - Google Patents

一种稳态变压器热效应的仿真方法及系统 Download PDF

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钱国超
彭庆军
刘光祺
徐肖伟
颜冰
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Abstract

本发明公开了一种稳态变压器热效应的仿真方法及系统，仿真方法包括在有限元仿真分析软件中，根据实际稳态变压器的结构构建稳态变压器模型；设定稳态变压器模型的仿真分析边界条件；计算稳态变压器的负载损耗；计算稳态变压器的体积生热率和体损耗密度；对稳态变压器模型施加体损耗密度作为稳态变压器模型的载荷；计算稳态变压器模型的热点温度并定位热点位置。本发明能够结合现场运行的带负载的稳态变压器温度在线监测系统，获取稳态变压器各部分的温度数据，比对空载时的稳态变压器，计算出稳态变压器运行中的在热点温度，为更加精确的监测和改善结构设计提供有效的依据，从而能够避免短路电流引起变压器故障的发生。

Description

一种稳态变压器热效应的仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及变压器仿真技术领域，尤其涉及一种稳态变压器热效应的仿真方法及系统。
背景技术
配电变压器是工矿企业和民用建筑供配电系统中的重要设备，根据配电变压器中采用的绝缘介质不同，配电变压器可分为油浸式电力变压器和干式电力变压器，其中，油浸式电力变压器因其容量范围大、过载承受能力强和造价低，广泛应用于各个电压等级的配电线路中。
负载能力是油浸式电力变压器重要的安全和性能指标，负载能力受限或变压器过载损坏都会引起电网大面积限电或停电，造成重大经济损失和不良社会影响。制约变压器负载能力的因素是变压器内部的热效应。然而，受设计水平、制造工艺、原材料选用和运行监控手段等方面的限制，准确掌控变压器负载能力下的热效应，最大限度的挖掘和利用变压器的负载潜力成为一个难点。
为了研究变压器的负载能力以适应电力变压器高负载能力的发展趋势，人们正尝试对电力变压器进行仿真，然后通过对仿真模型进行综合研究以高效解决高负载电力变压器中存在的设计难题。而如何通过仿真模型对变压器的热效应进行仿真是丞待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种稳态变压器热效应的仿真方法及系统，以解决现有技术中，对稳态变压器的热效应仿真不准确的问题。
第一方面，本发明提供的一种稳态变压器热效应的仿真方法，包括：
在有限元仿真分析软件中，根据实际稳态变压器的结构构建稳态变压器模型；
根据所述稳态变压器的绕组和铁芯参数设定所述稳态变压器模型的仿真分析边界条件；
根据所述边界条件和稳态变压器负荷计算所述稳态变压器的负载损耗；
根据所述负载损耗和稳态变压器的体积计算所述稳态变压器的体积生热率和体损耗密度；
对所述稳态变压器模型施加所述体损耗密度作为所述稳态变压器模型的载荷；
在所述载荷下计算所述稳态变压器模型的热点温度并定位热点位置。
根据本发明的一个实施例，所述绕组和铁芯参数包括热导率、密度和比热容。
根据本发明的一个实施例，所述边界条件为辐射、对流或热传递。
第二方面，本发明提供的一种稳态变压器热效应的仿真系统，包括：
模型构建模块，用于根据实际稳态变压器的结构构建稳态变压器模型；
边界条件设定模块，用于根据所述稳态变压器的绕组和铁芯参数设定所述稳态变压器模型的仿真分析边界条件；
第一计算模块，用于根据所述边界条件和稳态变压器负荷计算所述稳态变压器的负载损耗；
第二计算模块，用于根据所述负载损耗和稳态变压器的体积计算所述稳态变压器的体积生热率和体损耗密度；
第三计算模块，用于对所述稳态变压器模型施加所述体损耗密度作为所述稳态变压器模型的载荷，在所述载荷下计算所述稳态变压器模型的热点温度并定位热点位置。
根据本发明的一个实施例，所述绕组和铁芯参数包括热导率、密度和比热容。
根据本发明的一个实施例，所述边界条件为辐射、对流或热传递。
本发明提供的一种稳态变压器热效应的仿真方法，包括在有限元仿真分析软件中，根据实际稳态变压器的结构构建稳态变压器模型；根据稳态变压器的绕组和铁芯参数设定稳态变压器模型的仿真分析边界条件；根据边界条件和稳态变压器负荷计算稳态变压器的负载损耗；根据负载损耗和稳态变压器的体积计算稳态变压器的体积生热率和体损耗密度；对稳态变压器模型施加体损耗密度作为稳态变压器模型的载荷；在载荷下计算稳态变压器模型的热点温度并定位热点位置。本发明能够结合现场运行的带负载的稳态变压器温度在线监测系统，获取稳态变压器各部分的温度数据，比对空载时的稳态变压器，计算出稳态变压器运行中的在热点温度，为更加精确的监测和改善结构设计提供有效的依据，从而能够避免短路电流引起变压器故障的发生。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种稳态变压器热效应的仿真方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种稳态变压器热效应的仿真系统的结构图。
具体实施方式
参见图1，为本发明实施例提供的一种稳态变压器热效应的仿真方法的流程图，包括：
S1：在有限元仿真分析软件中，根据实际稳态变压器的结构构建稳态变压器模型。
采用FLUNT有限元分析软件对稳态变压器的热效应进行仿真。
S2：根据稳态变压器的绕组和铁芯参数设定稳态变压器模型的仿真分析边界条件。
根据现场实际稳态变压器各部分所使用的具体材料，依据传热学原理，分别改进了各自的边界条件的设定，绕组和铁芯参数包括热导率、密度和比热容，边界条件为辐射、对流或热传递。
S3：根据边界条件和稳态变压器负荷计算稳态变压器的负载损耗。
S4：根据负载损耗和稳态变压器的体积计算稳态变压器的体积生热率和体损耗密度。
S5：对稳态变压器模型施加体损耗密度作为稳态变压器模型的载荷。
S6：在载荷下计算稳态变压器模型的热点温度并定位热点位置。
结合现场运行的稳态变压器温度在线监测系统，获取稳态变压器的温度数据，比对理论值及仿真值，计算出热点温度不超过极限温度情况下的变压器实际能带的最大负荷及可持续时间，精准确定最热点所处的位置及该位置的温度，为更加精确的监测和改善结构设计提供有效的依据，从而避免短路电流而引起变压器故障的发生。
与本发明实施例提供的一种稳态变压器热效应的仿真方法相对应，本发明还提供了一种稳态变压器热效应的仿真系统，参见图2，所述系统包括：
模型构建模块1，用于根据实际稳态变压器的结构构建稳态变压器模型；
边界条件设定模块2，用于根据稳态变压器的绕组和铁芯参数设定稳态变压器模型的仿真分析边界条件；
第一计算模块3，用于根据边界条件和稳态变压器负荷计算稳态变压器的负载损耗；
第二计算模块4，用于根据负载损耗和稳态变压器的体积计算稳态变压器的体积生热率和体损耗密度；
第三计算模块5，用于对稳态变压器模型施加体损耗密度作为稳态变压器模型的载荷，在载荷下计算稳态变压器模型的热点温度并定位热点位置。
上述绕组和铁芯参数包括热导率、密度和比热容，边界条件为辐射、对流或热传递。
综上所述，本发明提供的一种稳态变压器热效应的仿真方法，能够结合现场运行的带负载的稳态变压器温度在线监测系统，获取稳态变压器各部分的温度数据，比对空载时的稳态变压器，计算出稳态变压器运行中的在热点温度，为更加精确的监测和改善结构设计提供有效的依据，从而能够避免短路电流引起变压器故障的发生。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种稳态变压器热效应的仿真方法，其特征在于，包括：
在有限元仿真分析软件中，根据实际稳态变压器的结构构建稳态变压器模型；
根据所述稳态变压器的绕组和铁芯参数设定所述稳态变压器模型的仿真分析边界条件；
根据所述边界条件和稳态变压器的负荷计算所述稳态变压器的负载损耗；
根据所述负载损耗和稳态变压器的体积计算所述稳态变压器的体积生热率和体损耗密度；
对所述稳态变压器模型施加所述体损耗密度作为所述稳态变压器模型的载荷；
在所述载荷下计算所述稳态变压器模型的热点温度并定位热点位置。
2.根据权利要求1所述的稳态变压器热效应的仿真方法，其特征在于，所述绕组和铁芯参数包括热导率、密度和比热容。
3.根据权利要求1所述的稳态变压器热效应的仿真方法，其特征在于，所述边界条件为辐射、对流或热传递。
4.一种稳态变压器热效应的仿真系统，其特征在于，包括：
模型构建模块，用于根据实际稳态变压器的结构构建稳态变压器模型；
边界条件设定模块，用于根据所述稳态变压器的绕组和铁芯参数设定所述稳态变压器模型的仿真分析边界条件；
第一计算模块，用于根据所述边界条件和稳态变压器负荷计算所述稳态变压器的负载损耗；
第二计算模块，用于根据所述负载损耗和稳态变压器的体积计算所述稳态变压器的体积生热率和体损耗密度；
第三计算模块，用于对所述稳态变压器模型施加所述体损耗密度作为所述稳态变压器模型的载荷，在所述载荷下计算所述稳态变压器模型的热点温度并定位热点位置。
5.根据权利要求4所述的稳态变压器热效应的仿真系统，其特征在于，所述绕组和铁芯参数包括热导率、密度和比热容。
6.根据权利要求4所述的稳态变压器热效应的仿真系统，其特征在于，所述边界条件为辐射、对流或热传递。
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