Розробка теплової моделі маслонаповненого трансформатора в середовищі Ansys

Abstract

У роботі детально розглянуто моделювання теплових режимів підземної підстанції з використанням програмного середовища Ansys. Основна увага приділена маслонаповненому трансформатору ТРДН-63000/110, для якого створено спрощену геометричну модель у модулі Design Modeler. Моделювання теплових процесів виконано в Ansys Steady-State Thermal із використанням трикутної сітки та налаштуванням параметрів матеріалів, таких як теплопровідність і властивості охолоджувального середовища. У дослідженні проаналізовано режими роботи трансформатора: коротке замикання, холостий хід та перехідні стани. У режимі короткого замикання результати моделювання показали, що при використанні трансформаторної оливи максимальна температура активної частини знижується до діапазону 67–91 °C, що є значно нижчим, ніж у випадку повітряного охолодження, коли температура перевищувала допустимі значення (225 °C). У режимі холостого ходу максимальна температура трансформатора склала лише 35 °C, що свідчить про ефективність масляного охолодження навіть при мінімальних енергетичних навантаженнях. Особливу увагу приділено дослідженню залежності максимальної температури активної частини трансформатора від щільності теплових потоків у різних режимах роботи. Показано, що максимальна температура прямо пропорційно залежить від навантаження та густини теплових потоків, а найбільша інтенсивність тепловіддачі спостерігається поблизу обмоток.

The paper deals with modelling of thermal modes of an underground substation using the Ansys software environment. The main attention is paid to the oil-filled transformer TRDN-63000/110, for which a simplified geometric model was created in the Design Modeler module. The thermal processes were modelled in Ansys Steady-State Thermal using a triangular mesh and adjusting material parameters such as thermal conductivity and cooling medium properties. The study analysed the transformer's operating modes: short circuit, no-load, and transient states. In the short-circuit mode, the modelling results showed that when using transformer oil, the maximum temperature of the active part is reduced to the range of 67–91 °C, which is significantly lower than in the case of air cooling, when the temperature exceeded the permissible values (225 °C). In the no-load mode, the maximum temperature of the transformer was only 35 °C, which indicates the effectiveness of oil cooling even at minimal power loads. Particular attention is paid to the study of the dependence of the maximum temperature of the transformer core on the density of heat fluxes in different operating modes. It is shown that the maximum temperature is directly proportional to the load and heat flux density, and the highest heat transfer intensity is observed near the windings.