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干式变压器以其绝缘强度高、抗短路能力强及环保、防火防爆、免维护等优点,被广泛应用于高层建筑及商业中心、石油、化工等对防火与安全有较高要求的场所。变压器在运行中会产生热量,热量会引起变压器自身及周边环境温度升高。温升过高对干式变压器的使用寿命及安全运行都存在极大的隐患,所以及时的散热对变压器安全运行十分重要。随着人们对干式变压器的容量要求越来越高,其发热与冷却问题就越发突出,由于温升过高导致的事故在国内外时有发生。所以,对干式变压器绕组温度场和热点温升的研究具有重要意义。
本文通过对干式变压器绕组结构进行简化,建立二维轴对称物理模型,并利用FLUENT软件模拟了其内部温度场及流体场的分布情况,对三种不同的冷却方式(底吹方式、顶抽方式、底吹顶抽方式)下绕组温升进行比较,最后选择最佳冷却方式。对所选择的最佳冷却方式的变压器进行换热分析,此外,模拟了在变压器的垂直气道内增设挡板以及在外线圈外侧加设围屏对绕组温升的影响。对FLUENT 模拟的结果进行分析,研究分析各通道内流体分布情况。同时利用网络法结合流体力学知识描述了空气在变压器内部各通道的分布情况,为编写程序提供基础。
在进行上述研究的基础之上,应用VC++和MATLAB语言结合数值计算方法,编写了温度场计算软件。此软件操作简便,具有强大的数据后处理功能。此软件对边界条件的处理分为两种:FLUENT提取速度及努赛尔数和网络法计算,两种方式计算结果互相验证,确保理论和实际的一致性。软件计算结果以图形形式表示,用户可以根据需要查看各个线饼及整个绕组的温度场分布及位置。此软件的计算结果与数值模拟结果相比,尽管在数值上存在一定的偏差,但温度场分布趋势十分吻合。其平均温升与试验值相比误差在允许范围内,对干式变压器的设计和热点预测具有一定的指导意义。