【推荐文章】基于Fluent的集合式并联电容器内部温度场仿真分析

2016-11-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

基于Fluent的集合式并联电容器内部温度场仿真分析

华征,侯智剑,戚岭娜,林浩,倪学锋,郭飞,王子建,徐志钮

1 内容简介

温度是影响电容器运行性能及寿命的关键因素,为获得集合式并联电容器内部的温度场分布,分析了集合式并联电容器内部结构及热量的产生和散失机理,在ANSYS Workbench 15.0中建立集合式并联电容器温度场三维仿真模型,用有限体积法进行求解,得到集合式并联电容器的内部温度场分布、外壳温度和最热点温度,仿真结果及方法可以为集合式并联电容器散热结构的优化设计及内部最热点温度的控制提供参考。

2 主要内容

1 集合式并联电容器的结构及热量的产生和散失

2 集合式并联电容器温度场仿真建模

3 仿真结果及分析

集合式并联电容器模型网格单元数量庞大,使用国家超级计算深圳中心曙光6000“星云”超级计算机120核心进行计算求解,耗时7天,迭代40万步后结果趋于稳定。

集合式电容器在1.2倍额定电压、环境温度55°C情况下,从整体来看,集合式并联电容器最高温度为82.34°C,最低温度为55.29°C,最高温度超过内部介质允许最高温度,不满足标准要求,容易导致绝缘介质发生变化,损坏电容器。最热部位位于电容器单元心子中下部,由于单元之间距离较近,各台单元温度分布没有明显差别,温度最低处位于集合式并联电容器箱壳散热器。

对电容器整体而言箱壳温度最低,箱壳整体温度介于55.29°C至68.24°C之间,相对环境温度箱壳最大温升13.24°C。由于散热片片数较多,具备较大散热面积,散热效果良好,温度最低处位于箱壳散热片位置,散热器温差约6.7°C。箱壳其余各面温度均高于散热片,箱壳最热点位于箱壳底面中部,温度分布较均匀,由底面中部向四周递减。由于箱壳导热良好,箱壳各个面温度差异不明显。

单元壳整体温度分布在71.19-75.32°C之间,单元壳底部温度最低,由下而上各部位温度呈上升趋势,这是由于变压器油进行对流换热,热油上浮至顶部。最热部位位于单元壳上三分之一处,相对环境温度最大温升20.32°C。底部为单元壳温度最低部位,数值介于71.19°C至72.43°C之间,除底部之外单元壳其余部分温度差别不大。

单元心子整体温度分布在72.93~82.34°C之间,最高最低温差达9.41°C,为集合式电容器最热部分所在,相对环境温度心子最热点温升达27.34°C。心子最热部分集中在下三分之二处,温度介于81.57~82.34°C之间,心子边缘与心子中心相比温度略有降低但是差别不大。心子低温部分亦位于心子底部,介于72.93~73.87°C之间。

单元内浸渍剂整体温度介于71.77~78.61°C之间,由下而上、由内而外温度呈升高趋势,热油因密度减小而上浮,单元内浸渍剂最大流速0.447m/s。相比于单元内浸渍剂,器身外浸渍剂温度较低,介于66.50~75.32°C之间,温度分布如图7所示,最热点位于靠近内部器身位置,越靠近外壳侧油温越低,温度最低部分位于箱壳散热片位置处,浸渍剂变压器油流速较小,最大流速0.035 m/s。

3 结论与展望

文章以集合式并联电容器为研究对象,分析了集合式并联电容器内部结构及热量的产生和散失机理,在ANSYS Workbench 15.0中建立了集合式并联电容器温度场三维仿真模型,利用有限体积法进行了求解,得到了集合式并联电容器的内部温度场分布、外壳温度和最热点温度,研究结果如下:

1)箱壳最热点位于箱壳底面中部,温度最低处为箱壳散热片,箱壳各面温度分布较均匀,没有局部过高或过低部分,各面温度差异不明显。

2)心子最热点位于心子下三分之二处,在1.2倍额定电压、55°C环境温度条件下,最热点相对环境温度温升27.34°C,心子边缘相较心子中心略有降低但差别不大。

3)根据计算结果可为集合式并联电容器运行提供参考也可为内部最热点温度的估算奠定基础,同时也可以给电容器内部材料和结构的进一步优化提出指导,进而提升散热能力、延长使用寿命。

作者简介

华征(1992—),男,硕士研究生,主要从事电力电容器方面的研究。

侯智剑(1991—),男,硕士研究生,主要从事电力电容器及无功补偿方面的研究。

戚岭娜(1990—),女,硕士研究生,主要从事电力电容器及无功补偿方面的研究。

林浩(1965—),男,高工,主要从事高电压技术及无功补偿方面的研究。

倪学锋(1960—),男,教高,主要从事无功补偿及应用方面的研究。

本文索引信息