【推薦文章】基于Fluent的集合式并聯電容器內部溫度場仿真分析

2016-11-07 by:CAE仿真在線來源:互聯網

基于Fluent的集合式并聯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,為獲得集合式并聯電容器內部的溫度場分布,分析了集合式并聯電容器內部結構及熱量的產生和散失機理,在ANSYS Workbench 15.0中建立集合式并聯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電容器散熱結構的優化設計及內部最熱點溫度的控制提供參考。

2 主要內容

1 集合式并聯電容器的結構及熱量的產生和散失

2 集合式并聯電容器溫度場仿真建模

3 仿真結果及分析

集合式并聯電容器模型網格單元數量龐大,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定。

集合式電容器在1.2倍額定電壓、環境溫度55°C情況下,從整體來看,集合式并聯電容器最高溫度為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,相對環境溫度箱殼最大溫升13.24°C。由于散熱片片數較多,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,相對環境溫度最大溫升20.32°C。底部為單元殼溫度最低部位,數值介于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

文章以集合式并聯電容器為研究對象,分析了集合式并聯電容器內部結構及熱量的產生和散失機理,在ANSYS Workbench 15.0中建立了集合式并聯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環境溫度條件下,最熱點相對環境溫度溫升27.34°C,心子邊緣相較心子中心略有降低但差別不大。

3)根據計算結果可為集合式并聯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。

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