Comsol油浸式电力变压器温度场计算
本例演示了Comsol求解油浸式电力变压器温度场的计算过程。在电力系统中，变压器作为关键设备，其运行过程中的温度分布对性能和寿命有着重要影响。借助 Comsol 软件，能够对变压器温度场进行精准模拟。 投稿｜热流Es 编辑｜小苏 审核｜赵佳乐 图｜（除特殊标注外）由软件截图提供油浸式变压器在现代电力系统中，油浸式变压器扮演着至关重要的角色，其可靠运行是保障电力稳定供应的关键。变压器运行时，绕组和铁芯会因损耗产生大量热量，使内部温度升高。过高的温度会加速绝缘材料老化，降低其电气性能和机械强度，进而缩短变压器的使用寿命，甚至引发绝缘击穿等严重故障，造成停电事故，带来巨大的经济损失。因此，深入研究油浸式变压器的温度分布、变化规律以及影响因素，对于优化变压器设计、提高运行可靠性和延长使用寿命具有重要的理论和实际意义。利用有限元软件（如 Comsol）建立油浸式变压器的三维温度场模型，考虑绕组、铁芯、绝缘油等不同材料的热物理特性以及热传导、对流和辐射等多种传热方式，模拟变压器在不同工况下的温度分布。通过对模型的求解和分析，可以准确预测变压器内部的热点位置和温度值，为变压器的优化设计提供依据。图1. 油浸式变压器模型构建根据某品牌提供的CAD设计尺寸，搭建的油浸式变压器二维轴对称模型如图2所示。油浸式变压器温度场模拟所需材料参数如图3所示。图2. 几何模型图3. 材料参数物理场设置（1） 变压器初始温度为293.15K，铁芯-绕组施加热源边界，散热器与外部环境进行对流换热；（2）变压器油初始速度为0m/s，初始压力为0Pa，固体部分设置壁边界，变压器油添加重力边界条件；（3）变压器油域设置非等温流边界。图4. 边界条件网格划分针对油浸式变压器温度场仿真的网格划分要求，需结合物理场特性（热传导、自然对流）和结构复杂度（绕组、油道、油箱），遵循区域差异化、多物理场兼容、质量可控的原则。详细网格分布如图5所示。图5. 网格划分结果展示采用瞬态全耦合求解器对变压器温度场模型进行求解，得到的油浸式变压器温度场、流场、压力以及绕组热点温度-位置分布如下所示。图6. 温度分布图7. 等温线分布图8. 压力分布图9. 速度分布图10. 低压绕组热点温度及位置曲线图来源：Comsol有限元模拟
