自然油循环电力变压器温升计算方法的研究.docx

《自然油循环电力变压器温升计算方法的研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自然油循环电力变压器温升计算方法的研究.docx（47页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、山东大学硕士学位论文自然油循环电变压器温升计算方法的研究姓名:邸双奎申请学位级别:硕士专业:高电压与绝缘技术指导教师：李庆民20060920摘要油浸式电变压器具有散热好、损耗低、容量大、价格低等特点,虽 然其有环保上的缺点,目前绝大多数的电变压器仍使用变压器油作为绝 缘和冷却介质。其中8 0 %以上采用自然油循环的冷却方式。目前,变压器 在电工程的各个领域获得了广泛的应用，社会生活对电气的依赖程度大 大提高,对供电设备的质量要求也比过去更加严格,许多变压器用户越来 越倾向于大容量自然油冷却的产品。比如现在有用户要求我们的1 8 0 0 0 0 kVh产品采用全自冷结构。如何提高这种产品的冷却能

2、力,就成为 当务之急。在国内产品中,普遍采用在绕组中设置导向隔板的结构。在绕组中设 置导向隔板，有效地消除了绕组中的油流死角，从整体上改善了绕组表面 的对流换热，使各线饼得到较充分的冷却,从而使绕组的平均温升、铜油 温差比无导向时降低。采用这种结构时,由于油流量的原因，绕组内、外 径侧第一个垂直油道幅向尺寸须加大,从而导致其耐电强度降低，为了保 证变压器的主绝缘，不得不加大主绝缘距离。也因此加大了器身尺寸,从 而使变压器总体尺寸加大。国外某些公司产品则采用在绕组中加轴向油隙 的结构。其避免了加大绕组内、外径侧第一个垂直油道幅向尺寸,但对于 大容量产品，绕组中要放置多个轴向油隙，从而加大了绕组幅

3、向尺寸,增 加了绕制难度。本课题主要针对1 1 0 k V和2 2 0 k 丫级自然油循环电变压器绕组的温升 展开研究,将布置导向隔板与轴向油隙相结合,发展出导向与轴向油隙相 配合的结构。在该种结构中,不需要加大绕组内、外径侧第一个垂直油道 幅向尺寸,从而不会影响变压器绝缘能力;在绕组中设置个轴向油隙， 加入导向隔板，提高冷却能力。本论文以热工学理论为基础,推导、计算出该种结构的计算公式。计 算绕组温升关键是计算绕组铜油温差,这温度梯度由两部分组成，即绕 组绝缘中的温度降和绝缘外表面与绕组周围油之间表面温度降之和。其 中,绕组绝缘中的温度降是较容易计算的，而绝缘外表面与绕组周围油之 间表面温度

4、降计算中用到的对流换热系数口，与很多因素有关,除根据热工学原理推导计算外,还不得不由试验或经验得到。本文以多台实际变压 器产品做实验,将理论与实验数据相结合,确定对流换热系数的计算方法, 从而得到这种冷却结构的绕组温升计算方法。之后将该冷却方法应用于生 产实践,进行实际产品的制造,缩小产品体积,提高可靠性，从而带来经 济和社会效益。关键词:电变压器,温升。自然油循环ABSTRACT0 i 1 immersed t ransformerhasmanyadvantages. suchasgoodeffectofcool ing, 1 o w 1 o s s e s , highcapabi 1 i

5、 tyandlowprice. Eve ni thassomefaul tsforenvi ronmentprotect ion, mos tof thepowe rt ransformersareus ingoi 1 a s i n s u 1 a t ionandcool i ngmed i uma tpresent. 80/ofthemusenaturaloi lei rculat ion. Transformers are usedwidelyinelectricpowersystem. Social 1 lyingdependsone 1 e c t r i c a 1 powe r

6、mo reandmo re. T h e r e q u i rementofqua 1 i t y o fe 1 e c t r i c a 1 power i sbecomi ngmuch s t r i c t e r . Moreandmorecus t o m e r sa r e w i I 1 i ngtousena tura loi I c i rculat iononh ighcapab i I i t yt ransformers. Fo rexamp 1 e, nowsomecus tome rsa reask i ngUStou s e0 N A N (oilNatur

7、alAi r N a t u r a 1 ) onl80000kVA/220kV transformer. S o , howto imp rovethecoo 1 i n g c a p a c i tyofthi skindofproductbecomeIntheloca 1 product s, o i Ibarriers inwindingsarewidelyuse d .Wi ththeoi Ibarriers, thedeadangleofoi Iflowisel i m i n a t e d .Theeffectof convect ionexchangeofheat ingi

8、 s improved. S o , alld i scsofwind ingcanbecooledeffect i ve 1 x.Theave ragetempe ra t u r eriseofwindingandtemperaturegradientcoppertooi 1 w i 1 1 b e 1 o w e rt h a n w i thoutbarriers. W i ththiSstructure, becauseofoi 1 f 1 o w,thewidthofthefirstverticaloilductinsideandoutsideof wi nd i ngha s t

9、obeen 1 a rged. Theinsulat i o n s t res swa sdec rea sed.Inordertoaureinsulat ionof thet rans f orme r. t h e m a i nn d ingshastobeenl arged. I t c a u sa rged too. Some f o re i gneompan i eo i 1 d u c t i ndeandout s i d e o f w i n d ingi s a v o i d e d. B u t f o r 1 a r g epowert rans former

10、s, severalo i 1 duct shave tobearranged i nwind ingI tenl a rges thed imens ionofwinding. increasethedi f f i c u 1 t y f o rw i n d i n g .e m p e r a t u r e r i seofONANInthiSproj e c t, researchofwindingt 1 10kVand220kY t rans f o rme rwa spe rf o rmed. A n e w c 1 ingstruct u r ewh i chcomb i n

11、e s theO i Ibarriersandaxialoi IductSwasdeve lope d .InthiSst ructure, i t iSnotnecessarytoenlargethefi rstvertic a 10 i 1 d u c t insideandouts ideofwinding. Sotheinsulat i o n w o u 1 d n o tbeeffected. O n e a x i a 1 o i IdiictandOilbarrierswerearrangedin wind ingtoimprovethecool i n g e f f e c

12、 t.Basedonpyrologytheory, c a 1 c u 1 a t i o n e q u a t i o n s w i 1 1 b e g a i n e d .Thema ini ssuefortemperatureri seofwindingi stemperature grad i entcoppertooi 1 . Thi stemperaturegradientcons i sts two partstempe ra tureg rad I ent i n i n s u I a t ionandtemperaturegradientsurfaceo f i n

13、s u i easyt o c a 1 c u I au s e d f o r i Srelatedn e e d s e x1p r o d u c t i n gt h e t h e oproduct da ti ontot e .B utt hecC aI CU1att om anyitp er iencesweretes ryandtes s . I t w i 1 1i 1 . T h eo n v e c t i o i O n O f t e m s . B e a n d e x p ted. A c t. Then i m p r o vtempera nheatexch

14、 emperatsidesacerimenta1cu1atthiScoethere1t u r e g ra n g e i n d eu r e g r a cord i n.I n t h ii o n m e t1 i n g m ei a b i 1 ia d i e n t ix w h i ch i d i e n t i n g t o p y r o S i n v e s t h o d w a s d t h o d w i 1 t y o f o u rn i n s u 1 assu1atioiogytheigationeve1ope1beusedtransfot i

15、o n i bn t o i 1 , o r y , i t,s e v e r a d c o m b i n forrme r s a nKeywo rd s： elect ri ca 1 powert rans former, temperatureri se, n a t u r a 1 oilcirculation符号说明T热力学温度,K。温度, 热流量,W6 厚度,mA一面积,皿2A一热导率,w / m. q热流密度,Wm2对流换热系数,W / mm2. 雷诺数国一流体流动速度,=I Sp运动粘度,m 2 / sNH一努塞尔(N u s s e 1 t )数G r格拉晓夫(G r

16、a s h。f )数一一流体的体积膨胀系数,咖3包一重口速度,mP于今一普朗特(Placn t 1 )数体的比热容，J / 1 0 0 0 0 时为紊流,R e = 2 3 0 01 0 0*0之间为过渡阶段。图3.卜2为层流与紊流示意图君睾i由邕藁弱（a）层流（b ）紊流趟三引入与。r 福美!乐无量癞是努塞方EAi s s e 理意翅f流和热传导的比，综合考虑了对流和热传导的作用，u：堕(3 -4 )式中一与冷却介质妣皮及2阳发而弟度、形状和位置有关的对流系数,W/mm2. _I 1 一特征长度,蚂;二一冷却介质的热导湾承弓版n.十T另个无量纲数是格拉晓夫（! f,它的物理意义是浮和惯性对粘性二次方的比,即G r =f 1 g h 3 i A0 V. ( 3 5 )式中流体的体积膨胀系数,mm3/ c；g一重力加速度,；y 运动粘度,m 2 / s 另个无量纲数是普朗特(Pl ant 1)数Pr,有P r : 一 c p v 一 p ( 3 一 6 ) Z式中。,一流体的比热容:y运动粘度;A一流体的热导率: