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1、 湖南大学毕业设计（论文） 第30页HUNAN UNIVERSITY毕 业 论 文论文题目基于微槽群的新型变压器过载温度特性仿真学生姓名学生学号专业班级电自8班学院名称电气与信息工程学院指导老师学院院长200 年 月 日摘要变压器是现代大型电机设备中最重要的部位之一，它的工作状态时刻影响着电机设备的运行状况。提高变压器的运行效率和运行状况对设备来说非常重要的。变压器随着运行会产生不同程度的温升，而温升会对变压器和设备造成非常大的不利影响。随着科技的发展出现了各种变压器的散热技术，一定程度上缓解了变压器的温升问题。但是旧散热技术的弊端也日益凸显，研究新的散热技术也就迫在眉睫。微槽群复合相变冷却技
2、术的应用和开发解决了这一问题，微槽群散热是新型的散热技术，本文旨在利用ANSYS对变压器的热传导和热分析的仿真和计算，得到在新型散热技术下温度场分布情况等结果，从而确定微槽群复合相变冷却技术的先进性和优越性。关键词：MGCP，ANSYS，热分析，热传导The simulation of the temperature characteristics of the micro-grooves on overload group of new transformersAbstractTransformers is one of the modern large-scale electrical e
3、quipment of the most important parts of its work in time affect the health status of electrical equipment. Improve operational efficiency and transformer operating conditions of the equipment is very important. With the operation of the transformer will produce different degrees of temperature, and
4、the temperature rise of the transformer and the equipment will cause great adverse effects. With the development of science and technology appeared cooling technology, to a certain extent, ease the various transformer transformer temperature problem. But the shortcomings of the old cooling technique
5、s have become increasingly prominent, research new cooling technology also imminent.Micro Grooves application and development of composite phase change cooling technology to solve this problem, the micro-grooves radiating group is a new cooling technology, this paper aims to use ANSYS simulation and
6、 calculation of heat transfer and thermal analysis of the transformer, to give the new cooling technology results The temperature distribution, so as to determine the group of micro-groove composite phase change cooling technology advantages and superiority.Key Words：MGCP，ANSYS，Thermal Analysis，Heat
7、 ConductionAbstract2第1章 绪论41.1变压器的过载41.2变压器的过载能力41.2.1油浸式变压器过载能力和时间41.2.2干式变压器过载能力及分析41.3变压器的允许温升和温升的危害5第2章 微槽群复合相变冷却技术（MGCP）72.1 技术简介72.2MGCP的应用领域72.3MGCP的工作原理7第3章 仿真软件ANSYS介绍93.1软件简介93.2 ANSYS的热分析93.2.1 热传导93.2.2 热对流93.2.3 热辐射103.2.4 稳态传热103.2.5 瞬态传热113.2.6线性和非线性113.2.7 边界及初始条件113.2.8热分析的误差分析11自适应
8、的网格划分能够控制误差在一定范围内。123.3 ANSYS稳态热分析的基本过程123.3.1建模123.3.2施加载荷计算123.3.3 后处理17第4章 建模与仿真194.1物理模型及基本假定194.2 MGCP变压器绕组温度场计算204.2.1数值分析方程204.2.2边界条件224.3变压器温度场仿真224.3.1 3-D有限元仿真模型224.3.2 参数设置244.3.3 额定工况下绕组温度场分析244.3.4 负载对绕组温度场的影响264.4结论27第1章 绪论1.1变压器的过载变压器都有其固定的容量，当用电负荷超过该容量时即过载。变压器容量固定，原边副边电压也是固定的，则原边副边的
9、额定电流就是该台变压器所能承载的最大电流。随着负荷的增加，原边副边电流也会相应增加，当电流值超过额定电流时即过载。1.2变压器的过载能力1.2.1油浸式变压器过载能力和时间过载量10%可以持续运行180分钟过载量20%可以持续运行150分钟过载量30%可以持续运行120分钟过载量60%可以持续运行45分钟过载量75%可以持续运行15分钟过载量100%可以持续运行7.5分钟过载量140%可以持续运行3.5分钟过载量200%可以持续运行1.5分钟1.2.2干式变压器过载能力及分析干式变压器过载能力和环境温度及过载之前的负载情况及起始负载加上变压器绝缘散热的情况及发热的时间常数和其他有关，如果有必要
10、，可以向生产厂家索要干变变压器的过载负荷曲线。当下我国的树脂绝缘制干式变压器已经有10000MVA的年产量，现成为全球干式变压器的产销量最高的国家之一。伴随着低噪音(配电变压器在2500kVA以下的噪声已经保持不到50dB)、节能(空载的损耗降低达到25%)的SC(B)9系列推广应用，让我国的干式变压器的制造技术和性能指标已经有了全球先列水准。在干式变压器的推广及应用下，干式变压器的生产制造技术也得到了长足的发展与进步，能够预见到，在未来，干式变压器会在以下几点上获得更大的进步。1. 高可靠性：提高可靠性和产品质量，在这一点上人们的需求将会越来越高。2. 低噪音和节约能源：在新环境保护要求，阶
11、梯铁芯接缝，箔式绕组结构，低耗硅钢片，噪声研究的一步步推进，加上计算机优化设计新技术、新材料、新工艺的加入，将使以后的干式变压器再能源使用和噪音生产上更加优化，更完美。3.多种功能的组合：从仅仅单一的变压器朝带有风冷装置、外壳保护、零序互感器、温度计算机接口、功率计量加上封闭母线和侧出线等其他多功能组合式新型变压器的方向发展。4.大容量：从502500kVA配电变压器作为主体的干式变压器，向1000020000kVA/35kV的电力变压器迈进，随着社会发展，城市用电负荷将会一直增长，城网区域变电所将会在未来深入到大型厂矿、城市中心区、居民小区等负荷量集中的区域，35kV的供小区中心使用的大容量
12、供电电力变压器将会获得大量的运用。5. 多方面发展：从以配电的变压器为主体，朝发电站厂变压器、地铁牵引整流变压器、励磁用变压器、核电站用变压器、大电流电炉用变压器、船用和采油平台等特殊变压器和多种用途领域方向发展。其中，用在轨道交通和大、中城市地铁的干式牵引变压器，其电压存在三个等级，分别为10、20、35kV，容量分别为800、2500、3300kVA，为了达到降低谐波对环境的污染的目的，从12脉波整流调整、改进至24脉波整流；我国备受全世界关注的长江三峡工程的励磁变压器，最大的发电机达到840000kW，现已经由顺特厂研制并获得了成功，且已经通过国家的验收。6. 环保特性认证：以欧洲标准型
13、HD464为基础，开展干式变压器耐火F0、F1、F2，耐不良气候C0、C1、C2和耐不良环境E0、E1、E2特性研究和认证。能够预见，新时代的配电变压器将是性能更加优良、噪声更低和更加节能的树脂制缘干式变压器的世界。1.3变压器的允许温升和温升的危害变压器是电力系统结构中的重要构造之一，变压器温升特性是变压器设计、制造和运行过程中重点关注的问题。在变压器的寿命问题上，引发绝缘老化的一个主要原因便是温度。研究表明，变压器绝缘老化寿命会随着变压器绕组温度每升高或降低6，提高一倍或者降低一半。变压器允许温升，是指由于变压器内部的热量传播不均匀，故变压器各部位的温度差别很大，因此需要对变压器在额定负荷
14、时，各部分温度的升高做出规定。变压器各个部位有的允许温升不同，不同的运行工况的允许温升也有不同。决定允许温升的因素有：变压器的安全运行状况、变压器的预期运行寿命、变压器的检测技术。第2章 微槽群复合相变冷却技术（MGCP）2.1 技术简介MGCP冷却技术的原理为毛细微槽群进行复合相变取热，它利用了微细尺度下出现的液膜的核态沸腾和蒸发进行了高强力度的取热，现已涉足LED、计算机、微系统器件和大功率激光器领域大量使用。MGCP冷却技术的使用可降低并稳定变压器的长期负载运行温度从而延长绕组的使用寿命。迄今的变压器温度场分析都属于非相变模型，本文将微槽群复合相变冷却技术运用到变压器的散热中，建立了变压
15、器温度场的相变模型，其目的在于分析变压器采用微槽群冷却技术的温度场分布情况。2.2MGCP的应用领域MGCP的应用领域包括：1 冷却电力设备。冷却整流柜之中晶闸管、冷却变频柜之中IGBT和整流模块、电网的高压静止无功补偿的装置晶闸管阀的冷却、冷却直流输电站的换流阀、冷却大功率的电阻等；2 冷却激光器。冷却泵浦源、冷却激光二极管阵列、冷却激光晶体等等；3 通信设备、计算机和其他各种电子设备冷却。冷却CPU芯片、冷却电子器件、移动基站和机房散热、等等机箱和机柜冷却；4 冷却照明设备。冷却LED灯芯片的等等。2.3MGCP的工作原理于毛细微槽群的复合相变的取热器内，在其表面所加工的大量微槽道，将会成为微槽群的结构，若想在狭小的空间内实现要对高热流的密度且小
