РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВИХ CFD-МОДЕЛЕЙ ТРАНСФОРМАТОРНОГО УСТАТКУВАННЯ З МАСЛЯНИМ ОХОЛОДЖЕННЯМ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-3Ключові слова:
трансформатори, тепломасоперенос, CFD-моделюванняАнотація
Мета роботи полягає в забезпеченні розрахункового проектування повнофункціональною і стійкою в обчислювальному процесі CFD-методикою моделювання комплексних теплових моделей трансформаторів і реакторів, а також в апробації її якості і можливостей на прикладах розрахунків натурних зразків устаткування, а також автономних моделей котушкових обмоток з різними конструктивними способами інтенсифікації теплообміну.
Методи досліджень. Використаний CFD-метод (Computational Fluid Dynamics) математичного моделювання нелінійних процесів гідродинаміки і теплообміну в трансформаторному обладнанні з застосуванням систем скінчено-елементного аналізу.
Отримані результати. Представлені основні елементи методики формування математичних моделей і приклади CFD-розрахунків осесиметричних комплексних моделей перетворювального трансформатора і шунтувального реактора з проміжками в стрижні магнітної системи, а також моделей обмоток з конструктивними способами інтенсифікації теплообміну за рахунок «лабіринту» (перегородок) та «почережності» (числа та місць) осьових охолодних каналів.
Наукова новизна. Наукова цінність використаного методологічного підходу полягає в тому, що розроблені моделі є комплексними, тобто враховують геометрію, втрати, теплові параметри не тільки обмоток, а й основних елементів конструкції і системи охолодження. Науковою новизною роботи є досягнення авторами певним якісним налаштування обчислювального процесу сталого рішення засобами інваріантної системи чисельного моделювання нелінійних рівнянь Нав’є-Стокса. Це забезпечило якість і точність моделювання процесів тепломасопереносу в складній структурі масляних каналів і котушок в обмотках, дозволило уникнути отриманого в деяких дослідженнях помилкового «зиґзаґоподібного» руху масла по групах регулярних структур котушок (без лабіринту і без «почережності» числа та місць осьових каналів) за умов природного охолодження трансформаторним маслом.
Практична значимість. Комплексні моделі забезпечують розрахунок розподілу температур масла в активній частини, включаючи області обмоток, поле температур масла між баком і обмотками, температури в місцях виходу масла з бака (верх) і входу в бак (низ). Розрахунки дозволяють визначити розподіл середніх температур по перетину котушок обмоток, середні температури обмоток шляхом усереднення температур в котушках, визначення місця і максимальну температуру на поверхні провідників найбільш нагрітої котушки. Останні, які тлумачаться як температури найбільш нагрітої точки (ННТ) обмоток, використовуються при оцінці старіння доторкної ізоляції. Визначення місць і температур ННТ обмоток використовуються для обґрунтування місця установки оптоволоконних датчиків для вимірів при типових випробуваннях і в експлуатаційних системах моніторингу обладнання. Представлені результати застосовані в практиці промислового проектування і випробування трансформаторів і реакторів.
Посилання
Biki M.A. Proektirovanie silovykh transformatorov. Raschety osnovnykh parametrov. Moscow, Znak, 2013, 612 p.
Shvidler A. B., Mikhailovskii Yu. A., Cherednichenko H. B., Klimenko L. A. Teplootdacha vnutrennikh katushechnykh obmotok transformatorov, Elektrotekhnika. 1980, No 7. pp. 19–21.
Voevodin I. D., Mikhailovskii Yu. A., Chernohotskii V. M., Shvidler A. B. Metody rascheta prevyshenii temperatury obmotok silovykh transformatorov, Transformatory, Perenapriazh. i koordinatsiia izoliatsii, Per. dokl. mezhdunar. konf. po bolsh. elektr. sistemam SIHRE–84, Moscow, Enerhoatomizdat, 1986, S. 190–198.
Shvidler A. B., Mikhailovskii Yu. A., Cherednichenko H. B. Intensifikatsiia teploobmena v katushechnykh obmotkakh transformatorov, Elektrotekhnika, 1987, No 5, pp. 8–10.
Sisunenko O. I., Hitin Yu. S., Mikhailovskii Yu. A., Shvidler A. B., Serebritskaia E. A. RD16 303-86. Rukovodiashchii dokument. Transformatory silovye maslianye. Teplovoi raschet obmotok s razlichnymi sposobami intensifikatsii teploobmena, Vveden s 01.01.87. Zaporozhe, VIT, 42 s.
Іvankov V. F., Shafir Yu. N. Rozrakhunkova pidsistema avtomatizovanoho proektuvannia transformatoriv i reaktoriv. Pratsi Іn-tu elektrodinamiki NAN Ukraini. Zbirnik naukovikh prats, Kiev, Іn-t elektrodinamiki NAN Ukraini, 2008, No 18, S. 123–131.
Oliver A. J. Estimation of transformer winding temperatures and coolant flows using a general network method. IEE Proc., Vol. 127, No. 6, November 1980, P. 395–405.
Del Vecchio R. M., Poulin B., Feghali P. T. Transformer design principles: with application to core-form transformers, Gordon and Breach Science Publishers, 2001, 599 p.
Codd J. Assessment of a Hydraulic Network Model for Zig-zag Cooled Power Transformer Windings / Joris Codd Wim Van der Veken, Martine Baelman, Preprint submitted to Applied Thermal Engineering January 21, 2015. – Access mode : http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431115000885.
Pat. US 6,609,079 B1, G01K 17/00, 702/13. Method and arrangement for ascertaining state variables, Seitlinger W. ; Assignee: VA TECH Elin Transformatoren GmbH, No US006609079B1; filed 06.05.1999 ; pub. 25.11.1999, № WO99/60682. Access mode : https:// patentimages.storage.googleapis.com.
Mufuta J.-M., Bulck E. Modelling of the mixed convection in the winding of a disc-type power transformer, Applied Thermal Engineering 20 (2000), P. 417–437. Access mode : http://www.elsevier.com.
Kucheriavaia I. N. Chislennoe issledovanie vliianiia razlichnykh faktorov protsessa teploobmena na effektivnost okhlazhdeniia transformatornovypriamitelnykh modulei. Tekhn. Elektrodinamika, 2000, No 3, pp. 56–61.
Kozlov V. V. Pidvishchennia efektivnosti primusovoho okholodzhennia visokovoltnikh maslianikh transformatoriv: avtoref. dis. na zdobuttia nauk. stupenia kand. tekhn. nauk: spets. 05.09.01 «Elektrichni mashini i aparati», Nats. tekhn. un-t «Khark. politekhn. in-t», Kharkiv, 2004, 19 s.
Rassalskii O. M. Analiz i rozrakhunok teplovikh rezhimiv silovoho elektroustatkuvannia, Zaporizkii natsionalnii tekhnichnii un-t, Zaporizhzhia, 2005, 146 s.
Tanguy A, Patelli J. P., Taisne J. P. Thermal performance of power transformers: thermal calculation tools focused on new operating requirements, CIGRE, Paris Session, 2004, Report A2–105
Krukovskii P. H., Yatsevskii V. A., Kontorovich L. N., Ivankov V. F., Yurchenko D. D. Metodicheskie podkhody k CFD–modelirovaniiu teplovykh rezhimov silovykh maslianykh transformatorov. Promyshlennaia teplotekhnika, 2008, Vol. 30, No 6, S. 57–66.
Krukovskii P. H., Yatsevskii V. A., Kontorovich L. N., Ivankov V. F., Yurchenko D. D. CFD–modelirovanie teploobmena v katushechnykh obmotkakh transformatorov pri este-stvennoi konvektsii okhlazhdaiushcheho masla. Promyshlennaia teplotekhnika, 2009, Vol. 31, No 4, pp. 17–26.
Krukovskii P. H., Yatsevskii V. A., Kontorovich L. N., Ivankov V. F., Khutornyi V. M. CFD–analiz teplovoho sostoianiia obmotok maslianykh transformatorov pri kriticheskikh razmerakh horizontalnykh okhlazhdaiushchikh kanalov. Promyshlennaia teplotekhnika, 2009, Vol. 31, No 6, pp. 35 – 45.
Yatsevskii V. A., Krukovskii P. H. Osobennosti hidrodinamiki i teploobmena pri techenii masla vo vzaimosviazannykh kanalakh katushechnykh obmotok silovykh transformatorov. Promyshlennaia teplotekhnika, 2011, No 2, pp. 24–34.
Yatsevsky V. A. Hydrodynamics and heat transfer in cooling channels of oil-filled power transformers with multicoil windings. Applied Thermal Engineering, 2014, pp. 347–353.
Ivankov V. F., Basova A. V., Shulga N. V. Verification methods for electrothermal calculations of electric reactors without steel. Elektrotekhnika ta elektroenerhetika, 2015, No 5, pp. 26–34.
JiaoY. CFD Study On The Thermal Performance of Transformer Disc Windings Without Oil Guides / Yuhe Jiao // M. SС Thesis. EGI 2012: 089MSC EKV915. Stockholm.
Wittmaack R. Thermal Design of Power Transformers via CFD, Journal of Energy and Power Engineering, 2015, No 9, pp. 102–107.
Transformer Thermal Modeling. Working Group A2.38, CIGRE. June 2016, ISBN: 978-2-85873-362-0, 188 p.
Kish L. Nahrev i okhlazhdenie transformatorov. Moscow, Enerhiia, 1980, 208 s.
Basova A. V., Ivankov V. F. Inzhenernyi raschet kombinirovannoi maslianoi sistemy okhlazhdeniia transformatorov. Prom. teplotekhnika, 2013, Vol. 35, No 4, pp. 9–17.
Ivankov V. F., Basova A. V., Shulha N. V. Elektroteplovye raschetnye modeli elementov konstruktsii transformatornoho oborudovaniia. Elektrotekhnika ta elektroenerhetika, 2014, No № 2, pp. 41–53.
Mikheev M. A., Mikheeva I. M.Osnovy teploperedachi. Moscow, Enerhiia, 1977, 344 s.
Yurchenko D. Modelirovanie teploobmena v kanalakh s intensifikatorami. ANSYS Advantage, 2009, No 10, pp. 32–34.
IEC 60076-7. Power transformers Part 7: Loading guide for oil–immersed transformers, 2005, 114 p.
##submission.downloads##
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2017 V. F. Ivankov, A. V. Basova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
