隔爆干式变压器温度场有限元分析

李 岩，刘永志，井永腾

（沈阳工业大学特种电机研究所，沈阳110870）

随着煤矿供电系统的不断完善升级，隔爆干式变压器作为井下的重要供电设备已得到广泛应用［1］。隔爆干式变压器是全封闭的电气设备，其线圈和铁心等发热体无法直接和大气环境进行对流换热，因而变压器的冷却条件很差，热稳定性是需解决的关键问题。目前解决热问题主要有如下几种方法：①绕组层间添加适量的增韧剂、促进剂、固化剂和填料等配料，改善材料的导热性［2］；② 采用环氧树脂薄绝缘带填料真空浇注［3，4］；③ 铁芯、高低压线圈之间及线圈层间设置气道，增大散热面积［5］；④箱体外表面采用波纹式结构以增加箱体的散热面积［6］。

本文应用有限元软件Fluent分析了隔爆干式变压器的三维温度场，计算了铁心、高低压绕组和箱体的平均温升，并将仿真结果与解析结果进行了对比。在此基础上对低压绕组建立二维模型，分析了气道、负载系数对平均温升及最热点温升的影响。

1 发热及散热分析

1.1 内部热源

隔爆干式变压器在它运行时铁心、绕组中的损耗将转变成热量发散于周围介质中，从而使变压器的温度升高。铁心的热源主要为空载损耗，表达式为

式中：Kp0为空载损耗工艺附加系数；ptx为铁心硅钢片单位损耗；Gtx为铁心硅钢片总重量。绕组的热源主要为欧姆耗和涡流损耗，其表达式为［7］

式中：R0为T0时的电阻；β为导线的温度系数；T0为空气温度；Tc为绕组平均温度；f为涡流损耗百分数。单位体积生热率可由下式得出：