Анотація
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. Отримані результати дозволяють оцінити ефективність тепловіддачі трансформатора та його вплив на тепловий баланс приміщення підстанції. Дані моделювання можуть бути використані для вдосконалення конструкції трансформаторів, оптимізації систем охолодження та забезпечення надійної роботи енергетичного обладнання в умовах підземних підстанцій. Проведене дослідження підкреслює важливість застосування сучасних чисельних методів для аналізу теплових характеристик трансформаторів і їх адаптації до складних умов експлуатації.
Посилання
M. Li, Z. Wang, J. Zhang, Z. Ni, and R. Tan, “Temperature rise test and thermal-fluid coupling simulation of an oil-immersed autotransformer under DC bias”, IEEE Access, vol. 9, pp. 32835–32844, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/access.2021.3060632
P. Bokes, “Models, simulations and the reality of temperature rise in oil-filled transformers”, in Applied Physics of Condensed Matter (APCOM 2019), Strbske Pleso, Slovak Republic, Jul. 19–21, 2019. AIP Publ., 2019, doi: https://doi.org/10.1063/1.5119455
U. M. Rao, I. Fofana, A. Betie, M. L. Senoussaoui, M. Brahami, and E. Briosso, “Condition monitoring of in-service oil-filled transformers: Case studies and experience”, IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 35, no. 6, pp. 33–42, Nov. 2019, doi: https://doi.org/10.1109/mei.2019.8878258
D. Danylchenko and A. Potryvai, “System for dynamic prediction of the technical condition of the equipment of a combined electric power system”, Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1 (6), pp. 16–21, Jul. 2023, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.01.10 (in Ukrainian)
R. Sun, P. Chen, L. Li, Y. Liu, and X. Zhai, “Experimental investigation on formation mechanism of jet fires in transformer oil filled equipment with external thermal load”, Combustion Science and Technology, vol. 196, no. 14, pp. 1–25, Dec. 2022, doi: https://doi.org/10.1080/00102202.2022.2161302
B. R. Kangozhin, S. S. Dautov, M. S. Zharmagambetova, and M. A. Kosilov, “Thermal diagnostics of oil-filled equipment under operating voltage”, Physical Sciences and Technology, vol. 6, no. 3-4, pp. 54–59, Dec. 2019, doi: https://doi.org/10.26577/phst-2019-2-p7
S. Yu. Shevchenko, D. O. Danylchenko, A. E. Potryvay, S. I. Dryvetsky, and V. M. Tsyupa, “Simulation of the electric field of a polymer bushing in the Ansys Maxwell software environment”, Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1 (4), pp. 79–85, Jul. 2022. Accessed: Dec. 27, 2024, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2022.01.05 (in Ukrainian)
C. Wang, Q. Sun, A. Al-Abadi, and W. Wu, “Computational fluid dynamics and thermal hydraulic modelling approaches for calculation of thermal performance of oil-filled distribution transformers with corrugated walls”, in Transformer Research and Asset Management, Split, Croatia, Nov. 29–Dec. 2, 2023.
T. Meshkov, D. Danylchenko, and M. Wolter, “Study of the thermal state of the transformer depending on the operating mode”, Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1 (8), pp. 73–77, Jul. 2024, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2024.01.12 (in Ukrainian)
E. Cazacu, M.-C. Petrescu, V. Ionita, and L. Petrescu, “Nonsinusoidal load current effect on the electrical and thermal operating parameters of oil filled power distribution transformers”, in 2018 18th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), Ljubljana, Slovenia, May 13–16, 2018. IEEE, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/ichqp.2018.8378838
M. S. Seddik, J. Shazly, and M. B. Eteiba, “Thermal analysis of power transformer using 2D and 3D finite element method”, Energies, vol. 17, no. 13, Jun. 2024, Art. no. 3203, doi: https://doi.org/10.3390/en17133203
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2024 Сергій Юрійович Шевченко, Дмитро Олексійович Данильченко, Роман Олексійович Ганус