【推薦文章】基于Fluent的集合式并聯(lián)電容器內部溫度場仿真分析

2016-11-07 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

基于Fluent的集合式并聯(lián)電容器內部溫度場仿真分析

華征,侯智劍,戚嶺娜,林浩,倪學鋒,郭飛,王子建,徐志鈕

1 內容簡介

溫度是影響電容器運行性能及壽命的關鍵因素,為獲得集合式并聯(lián)電容器內部的溫度場分布,分析了集合式并聯(lián)電容器內部結構及熱量的產(chǎn)生和散失機理,在ANSYS Workbench 15.0中建立集合式并聯(lián)電容器溫度場三維仿真模型,用有限體積法進行求解,得到集合式并聯(lián)電容器的內部溫度場分布、外殼溫度和最熱點溫度,仿真結果及方法可以為集合式并聯(lián)電容器散熱結構的優(yōu)化設計及內部最熱點溫度的控制提供參考。

2 主要內容

1 集合式并聯(lián)電容器的結構及熱量的產(chǎn)生和散失

2 集合式并聯(lián)電容器溫度場仿真建模

3 仿真結果及分析

集合式并聯(lián)電容器模型網(wǎng)格單元數(shù)量龐大,使用國家超級計算深圳中心曙光6000“星云”超級計算機120核心進行計算求解,耗時7天,迭代40萬步后結果趨于穩(wěn)定。

集合式電容器在1.2倍額定電壓、環(huán)境溫度55°C情況下,從整體來看,集合式并聯(lián)電容器最高溫度為82.34°C,最低溫度為55.29°C,最高溫度超過內部介質允許最高溫度,不滿足標準要求,容易導致絕緣介質發(fā)生變化,損壞電容器。最熱部位位于電容器單元心子中下部,由于單元之間距離較近,各臺單元溫度分布沒有明顯差別,溫度最低處位于集合式并聯(lián)電容器箱殼散熱器。

對電容器整體而言箱殼溫度最低,箱殼整體溫度介于55.29°C至68.24°C之間,相對環(huán)境溫度箱殼最大溫升13.24°C。由于散熱片片數(shù)較多,具備較大散熱面積,散熱效果良好,溫度最低處位于箱殼散熱片位置,散熱器溫差約6.7°C。箱殼其余各面溫度均高于散熱片,箱殼最熱點位于箱殼底面中部,溫度分布較均勻,由底面中部向四周遞減。由于箱殼導熱良好,箱殼各個面溫度差異不明顯。

單元殼整體溫度分布在71.19-75.32°C之間,單元殼底部溫度最低,由下而上各部位溫度呈上升趨勢,這是由于變壓器油進行對流換熱,熱油上浮至頂部。最熱部位位于單元殼上三分之一處,相對環(huán)境溫度最大溫升20.32°C。底部為單元殼溫度最低部位,數(shù)值介于71.19°C至72.43°C之間,除底部之外單元殼其余部分溫度差別不大。

單元心子整體溫度分布在72.93~82.34°C之間,最高最低溫差達9.41°C,為集合式電容器最熱部分所在,相對環(huán)境溫度心子最熱點溫升達27.34°C。心子最熱部分集中在下三分之二處,溫度介于81.57~82.34°C之間,心子邊緣與心子中心相比溫度略有降低但是差別不大。心子低溫部分亦位于心子底部,介于72.93~73.87°C之間。

單元內浸漬劑整體溫度介于71.77~78.61°C之間,由下而上、由內而外溫度呈升高趨勢,熱油因密度減小而上浮,單元內浸漬劑最大流速0.447m/s。相比于單元內浸漬劑,器身外浸漬劑溫度較低,介于66.50~75.32°C之間,溫度分布如圖7所示,最熱點位于靠近內部器身位置,越靠近外殼側油溫越低,溫度最低部分位于箱殼散熱片位置處,浸漬劑變壓器油流速較小,最大流速0.035 m/s。

3 結論與展望

文章以集合式并聯(lián)電容器為研究對象,分析了集合式并聯(lián)電容器內部結構及熱量的產(chǎn)生和散失機理,在ANSYS Workbench 15.0中建立了集合式并聯(lián)電容器溫度場三維仿真模型,利用有限體積法進行了求解,得到了集合式并聯(lián)電容器的內部溫度場分布、外殼溫度和最熱點溫度,研究結果如下:

1)箱殼最熱點位于箱殼底面中部,溫度最低處為箱殼散熱片,箱殼各面溫度分布較均勻,沒有局部過高或過低部分,各面溫度差異不明顯。

2)心子最熱點位于心子下三分之二處,在1.2倍額定電壓、55°C環(huán)境溫度條件下,最熱點相對環(huán)境溫度溫升27.34°C,心子邊緣相較心子中心略有降低但差別不大。

3)根據(jù)計算結果可為集合式并聯(lián)電容器運行提供參考也可為內部最熱點溫度的估算奠定基礎,同時也可以給電容器內部材料和結構的進一步優(yōu)化提出指導,進而提升散熱能力、延長使用壽命。

作者簡介

華征(1992—),男,碩士研究生,主要從事電力電容器方面的研究。

侯智劍(1991—),男,碩士研究生,主要從事電力電容器及無功補償方面的研究。

戚嶺娜(1990—),女,碩士研究生,主要從事電力電容器及無功補償方面的研究。

林浩(1965—),男,高工,主要從事高電壓技術及無功補償方面的研究。

倪學鋒(1960—),男,教高,主要從事無功補償及應用方面的研究。

本文索引信息

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