РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ CFD-МОДЕЛЕЙ ТРАНСФОРМАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

• Main Authors: V. F. Ivankov, A. V. Basova
• Format: Article
• Language: English
• Published: Zaporozhye National Technical University 2016-12-01
• Series: Elektrotehnìka ta Elektroenergetika
• Subjects: transformers; heat-and-mass transfer; CFD-simulation
• Online Access: http://ee.zntu.edu.ua/article/view/100542
• ISSN: 1607-6761; 2521-6244

Цель работы заключается в обеспечении расчетного проектирования полнофункциональной и устойчивой в вычислительном процессе CFD-методикой моделирования комплексных тепловых моделей трансформаторов и реакторов, а также в апробации ее качества и возможностей на примерах расчетов натурных образцов оборудования, а также автономных моделей катушечных обмоток с различными конструктивными способами интенсификации теплообмена. Методы исследований. Использован CFD-метод (Computational Fluid Dynamics) математического моделирования нелинейных процессов гидродинамики и теплообмена в трансформаторном оборудовании с применением систем конечно-элементного анализа. Полученные результаты. Представлены основные элементы методики формирования математических моделей и примеры CFD-расчетов осесимметричных комплексных моделей печного трансформатора и шунтирующего реактора с зазорами в стержне магнитной системы, а также моделей обмоток с конструктивными способами интенсификации теплообмена за счет «лабиринта» (перегородок) и с «чередованием» (числа и мест) осевых охлаждающей каналов. Научная новизна. Научная ценность использованного методологического подхода заключается в том, что разработанные модели являются комплексными, то есть учитывают геометрию, потери, тепловые параметры не только обмоток, но и основных элементов конструкции и системы охлаждения. Научной новизной работы является достижение авторами определенными качественными настройками вычислительного процесса устойчивого решения средствами инвариантной системы численного моделирования нелинейных уравнений Навье-Стокса. Это обеспечило качество и точность моделирования процессов тепломассопереноса в сложной структуре масляных каналов и катушек в обмотках, позволило избежать полученного в некоторых исследованиях ложного «зигзагообразного» движения масла по группам регулярных структур катушек (без лабиринта и без «чередования» числа и мест осевых каналов) при условиях естественного охлаждения трансформаторным маслом. Практическая значимость. Комплексные модели обеспечивают расчет распределения температур масла в активной части, включая области обмоток, поле температур масла между баком и обмотками, температуры в местах выхода масла из бака (верх) и входа в бак (низ). Расчеты позволяют определить распределениесредних температур по сечению катушек обмоток, средние температуры обмоток путем усреднения температур в катушках, определение места и максимальной температуру на поверхности проводников наиболее нагретой катушки. Последние, трактуемые как температуры наиболее нагретой точки (ННТ) обмоток, используются при оценке старения соприкасающейся изоляции. Определение мест и температур ННТ обмоток используются для обоснования места установки оптоволоконных датчиков для измерений при типовых испытаниях и в эксплуатационных системах мониторинга оборудования. Представленные результаты применены в практике промышленного проектирования и испытания трансформаторов и реакторов.