CN109374146B - 一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置及方法，属于电力变压器应用领域。技术方案是：包含电源系统（1）、发热系统（2）、冷却系统（3）和测量显示系统（4）；发热系统（2）包含绕组（53）、导油盒（52）和油箱，绕组置于油箱内，油箱箱壁采用双层结构，中间填充绝热材料（51），油箱分上节油箱和下节油箱；在下节油箱内设有密封的导油盒（52）。本发明可在实验室内进行，同时又可模拟变压器的真实运行状况，具有成本低，操作性强，能够测量变压器绕组轴向温度，辐向温度，顶层油温，绕组进出口油温，方便实验数据与数值计算值的对比研究，为变压器产品仿真积累数据库。
Description
技术领域
本发明涉及一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置及方法，验证和确定变压器在不同工况下的温度分布和热点温升与软件仿真参数的关系，属于电力变压器应用领域。
背景技术
变压器运行时绕组因产生损耗而发热，绕组绝缘老化与绕组温度有着密切的联系，因此研究变压器温度场分布，特别是绕组的热点的位置有利于改善变压器绕组散热、降低热点温升，对提高变压器的可靠性、延长变压器寿命具有重要意义。为了深入研究变压器的温度场分布，采用实验方法与数值计算相结合的方法，若直接使用大型产品级变压器作为实验对象，不但成本极高，试验工况难于实现，而且产品级变压器的影响因素多，不利于实验数据与数值计算值的对比研究。
发明内容
本发明目的是提供一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置及方法，在实验室内进行，同时又可模拟变压器的真实运行状况，具有成本低，操作性强，方便实验数据与数值计算值的对比研究，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置，包含电源系统、发热系统、冷却系统和测量显示系统；发热系统包含绕组、导油盒和油箱，绕组置于油箱内，油箱箱壁采用双层结构，中间填充绝热材料，油箱分上节油箱和下节油箱；在下节油箱内设有密封的导油盒；绕组由两根导线并联绕成连续式、饼式绕组，在最后一饼把两根导线焊接在一起；绕组由端圈、内外围屏、内外垂直油道、线饼、导向隔板和水平油道构成；多个线饼的上下端部分别设有端圈，相邻线饼之间设有水平油道，线饼的两侧分别设有内外垂直油道，内外垂直油道的外面设有内外围屏，线饼与内外围屏之间的内外垂直油道上设有导向隔板；端圈位置的内外垂直油道分别为内外垂直油道的出油口和进油口；油箱的顶部和底部分别设有油箱的进油口和出油口；
所述测量显示系统由功率仪、热电偶、温度巡检仪和流量计构成，热电偶包括热电偶a、热电偶b、热电偶c、热电偶d和热电偶e，热电偶a放置在所有线饼内同一轴线位置，热电偶a测量线圈轴向温度分布；热电偶b放置在所有线饼内同一辐线位置，热电偶b测量线圈的辐向温度分布；热电偶c放置在水平油道内，热电偶c 测量线圈水平油道温度；热电偶d放置在内外垂直油道的进油口和出油口，热电偶d测量垂直油道进油口和出油口温度；热电偶e放置在油箱的进油口和出油口，热电偶e测量进出油箱的变压器油温度。
所述冷却系统由片式散热器和风机构成；电源系统由断路器和调压器构成。
所述绝热材料，包括玻璃纤维、石棉或岩棉等，同时要密封严实，否则绝热材料吸收水分后，其导热系数增大，长时间使用后会丧失其绝热功能。油箱分上节油箱和下节油箱，为了得到进入绕组内部油流量，在下节油箱设计密封的导油盒，保证入油箱的变压器油全部进入绕组。为了减小制造工艺和装配误差的影响，确保实际模型和仿真模型一致性，绕组的水平油道采用6毫米高度，垂直油道采用10毫米高。导向隔板与内外围屏之间密封严实，确保变压器油不会泄露。
热电偶是常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过温度巡检仪转换成被测介质的温度，本实验装置埋设铜-康铜热电偶用来测量变压器的铜温和油温，达到变压器温度场的测量目的。热电偶的放置位置用来测量线圈的轴向温度分布，线饼的辐向温度分布，线圈的内外垂直油道入口温度，线圈的内外垂直油道出口温度，水平油道油温，顶层油温，散热器进出口油温。
一种验证变压器温度场仿真计算的实验方法，采用上述装置进行，包含如下步骤：
为了得到进入绕组内部油流量，在下节油箱内设有密封的导油盒，保证入油箱的变压器油全部进入绕组；绕组由两根导线并联绕成连续式、饼式绕组，在最后一饼把两根导线焊接在一起，这样两根导线的绕法相同但电流方向相反，产生的磁场相互抵消，消除导线涡流损耗，绕组通电后的损耗主要是电阻损耗，这样能够很准确的得出不同电流下的损耗密度值；绕组能够模拟变压器绕组的实际工作状态；热电偶a放置在所有线饼内同一轴线位置，热电偶a测量线圈轴向温度分布；热电偶b放置在所有线饼内同一辐线位置，热电偶b测量线圈的辐向温度分布；热电偶c放置在水平油道内，热电偶c 测量线圈水平油道温度；热电偶d放置在内外垂直油道的进油口和出油口，热电偶d测量垂直油道进油口和出油口温度；热电偶e放置在油箱的进油口和出油口，热电偶e测量进出油箱的变压器油温度。
本发明的有益效果是：可在实验室内进行，同时又可模拟变压器的真实运行状况，具有成本低，操作性强，能够测量变压器绕组轴向温度，辐向温度，顶层油温，绕组进出口油温，方便实验数据与数值计算值的对比研究，为变压器产品仿真积累数据库。
附图说明
图1是本发明实验系统框图；
图2是本发明油箱示意图；
图3是本发明导油盒示意图；
图4是本发明绕组导向分区侧视图；
图5是本发明绕组俯视图（1/2模型）；
图6是本发明热电偶分布示意图；
图中： 电源系统1；发热系统2；冷却系统 3；测量显示系统 4；绝热材料 51；导油盒52；绕组53；圆柱管道61；盖板62；内外围屏71；内外垂直油道72；线饼73；导向隔板74；水平油道75；内围屏81；端圈82；撑条83；外围屏84；热电偶a测量线圈轴向温度分布91；热电偶b测量线圈的辐向温度分布92；热电偶c 测量线圈水平油道温度93；热电偶d测量垂直油道进油口和出油口温度94；热电偶e测量进出油箱的变压器油温度95。
具体实施方式
以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。
一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置，包含电源系统1、发热系统2、冷却系统 3和测量显示系统 4；发热系统2包含绕组53、导油盒52和油箱，绕组置于油箱内，油箱箱壁采用双层结构，中间填充绝热材料51，油箱分上节油箱和下节油箱；在下节油箱内设有密封的导油盒52；绕组53由两根导线并联绕成连续式、饼式绕组，在最后一饼把两根导线焊接在一起；绕组由端圈、内外围屏71、内外垂直油道72、线饼73、导向隔板74和水平油道75构成；多个线饼73的上下端部分别设有端圈，相邻线饼73之间设有水平油道75，线饼73的两侧分别设有内外垂直油道72，内外垂直油道72的外面设有内外围屏71，线饼73与内外围屏71之间的内外垂直油道72上设有导向隔板74；端圈位置的内外垂直油道72分别为内外垂直油道72的出油口和进油口；油箱的顶部和底部分别设有油箱的进油口和出油口；
所述测量显示系统由功率仪、热电偶、温度巡检仪和流量计构成，热电偶包括热电偶a、热电偶b、热电偶c、热电偶d和热电偶e，热电偶a放置在所有线饼内同一轴线位置，热电偶a测量线圈轴向温度分布91；热电偶b放置在所有线饼内同一辐线位置，热电偶b测量线圈的辐向温度分布92；热电偶c放置在水平油道75内，热电偶c 测量线圈水平油道温度93；热电偶d放置在内外垂直油道72的进油口和出油口，热电偶d测量垂直油道进油口和出油口温度94；热电偶e放置在油箱的进油口和出油口，热电偶e测量进出油箱的变压器油温度95。
所述冷却系统由片式散热器和风机构成；电源系统由断路器和调压器构成。
所述绝热材料51，包括玻璃纤维、石棉或岩棉等，同时要密封严实，否则绝热材料吸收水分后，其导热系数增大，长时间使用后会丧失其绝热功能。油箱分上节油箱和下节油箱，为了得到进入绕组内部油流量，在下节油箱设计密封的导油盒，保证入油箱的变压器油全部进入绕组。为了减小制造工艺和装配误差的影响，确保实际模型和仿真模型一致性，绕组的水平油道采用6毫米高度，垂直油道采用10毫米高。导向隔板与内外围屏71之间密封严实，确保变压器油不会泄露。
热电偶是常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过温度巡检仪转换成被测介质的温度，本实验装置埋设铜-康铜热电偶用来测量变压器的铜温和油温，达到变压器温度场的测量目的。热电偶的放置位置用来测量线圈的轴向温度分布，线饼的辐向温度分布，线圈的内外垂直油道入口温度，线圈的内外垂直油道出口温度，水平油道油温，顶层油温，散热器进出口油温。
一种验证变压器温度场仿真计算的实验方法，采用上述装置进行，包含如下步骤：
为了得到进入绕组内部油流量，在下节油箱内设有密封的导油盒52，保证入油箱的变压器油全部进入绕组；绕组53由两根导线并联绕成连续式、饼式绕组，在最后一饼把两根导线焊接在一起，这样两根导线的绕法相同但电流方向相反，产生的磁场相互抵消，消除导线涡流损耗，绕组通电后的损耗主要是电阻损耗，这样能够很准确地得出不同电流下的损耗密度值；绕组能够模拟变压器绕组的实际工作状态；热电偶a放置在所有线饼内同一轴线位置，热电偶a测量线圈轴向温度分布91；热电偶b放置在所有线饼内同一辐线位置，热电偶b测量线圈的辐向温度分布92；热电偶c放置在水平油道75内，热电偶c 测量线圈水平油道温度93；热电偶d放置在内外垂直油道72的进油口和出油口，热电偶d测量垂直油道进油口和出油口温度94；热电偶e放置在油箱的进油口和出油口，热电偶e测量进出油箱的变压器油温度95。
实施例中，为保证导油盒52的密封性，导油盒盖板参照附图3。圆柱管道61与绕组53的管道相连接，盖板62与导油盒52通过密封垫连接在一起。
所述内外围屏71分为内围屏81和外围屏84，端圈82与内围屏81之间的垂直油道用撑条83支撑，端圈82与外围屏84之间的垂直油道也有撑条83作为支撑；导向隔板74与内外围屏71之间密封严实，确保变压器油不会泄露。
在1-12线饼的18匝位置自下而上放置热电偶a来测量线圈轴向温度分布。在2线饼、4线饼、7线饼、10线饼1-20匝内每隔一砸来放置热电偶b来测量线圈的辐向温度分布。在2-3线饼、4-5线饼、7-8线饼、10-11线饼之间19匝位置放置热电偶c 来测量线圈水平油道温度。在内外围屏和绕组进油口和出油口放置热电偶d来测量垂直油道进油口和出油口温度。在油箱进油口和出油口放置热电偶e来测量进出油箱的变压器油温度。
Claims (4)
1.一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置，其特征在于：包含电源系统（1）、发热系统（2）、冷却系统（3）和测量显示系统（4）；发热系统（2）包含绕组（53）、导油盒（52）和油箱，绕组置于油箱内，油箱箱壁采用双层结构，中间填充绝热材料（51），油箱分上节油箱和下节油箱；在下节油箱内设有密封的导油盒（52）；绕组（53）由两根导线并联绕成连续式、饼式绕组，在最后一饼把两根导线焊接在一起；绕组由端圈、内外围屏（71）、内外垂直油道（72）、线饼（73）、导向隔板（74）和水平油道（75）构成；多个线饼（73）的上下端部分别设有端圈，相邻线饼（73）之间设有水平油道（75），线饼（73）的两侧分别设有内外垂直油道（72），内外垂直油道（72）的外面设有内外围屏（71），线饼（73）与内外围屏（71）之间的内外垂直油道（72）上设有导向隔板（74）；端圈位置的内外垂直油道（72）分别为内外垂直油道（72）的出油口和进油口；油箱的顶部和底部分别设有油箱的进油口和出油口；所述测量显示系统由功率仪、热电偶、温度巡检仪和流量计构成，热电偶包括热电偶a、热电偶b、热电偶c、热电偶d和热电偶e，热电偶a放置在所有线饼内同一轴线位置，热电偶a测量线圈轴向温度分布（91）；热电偶b放置在所有线饼内同一辐线位置，热电偶b测量线圈的辐向温度分布（92）；热电偶c放置在水平油道（75）内，热电偶c 测量线圈水平油道温度（93）；热电偶d放置在内外垂直油道（72）的进油口和出油口，热电偶d测量垂直油道进油口和出油口温度（94）；热电偶e放置在油箱的进油口和出油口，热电偶e测量进出油箱的变压器油温度（95）。
2.根据权利要求1所述的一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置，其特征在于：所述冷却系统由片式散热器和风机构成；电源系统由断路器和调压器构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种验证变压器温度场仿真计算的实验装置，其特征在于：所述绝热材料（51），包括玻璃纤维、石棉或岩棉。
4.一种验证变压器温度场仿真计算的实验方法，采用权利要求1-3任意一项所限定的装置进行，其特征在于包含如下步骤：
为了得到进入绕组内部油流量，在下节油箱内设有密封的导油盒（52），保证入油箱的变压器油全部进入绕组；绕组（53）由两根导线并联绕成连续式、饼式绕组，在最后一饼把两根导线焊接在一起，这样两根导线的绕法相同但电流方向相反，产生的磁场相互抵消，消除导线涡流损耗，绕组通电后的损耗主要是电阻损耗，这样能够很准确地得出不同电流下的损耗密度值；绕组能够模拟变压器绕组的实际工作状态；热电偶a放置在所有线饼内同一轴线位置，热电偶a测量线圈轴向温度分布（91）；热电偶b放置在所有线饼内同一辐线位置，热电偶b测量线圈的辐向温度分布（92）；热电偶c放置在水平油道（75）内，热电偶c 测量线圈水平油道温度（93）；热电偶d放置在内外垂直油道（72）的进油口和出油口，热电偶d测量垂直油道进油口和出油口温度（94）；热电偶e放置在油箱的进油口和出油口，热电偶e测量进出油箱的变压器油温度（95）。
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