陈爱菊-基于Ansys的电力变压器多物理场应用.pdf

1、2025 ANSYS,Inc.Ansys电力变压器多物理场应用陈爱菊/广州西门子能源变压器有限公司目录目录1广州西门子能源变压器有限公司简介42变压器结构场分析海上电力变压器抗疲劳分析线圈压环受短路冲击散热器组受力分析及结构优化油箱结构受力671113163变压器流体场分析散热器组风场分析及优化设计散热器冷却性能分析绕组冷却性能分析171823244其他物理场分析252025 ANSYS,Inc.广州西门子能源变压器有限公司简介广州西门子能源变压器有限公司简介42025 ANSYS,Inc.广州西门子能源变压器有限公司广州西门子能源变压器有限公司52025 ANSYS,Inc.电力变压器特点电

2、力变压器特点 电力变压器尺寸庞大、结构复杂，涉及电、磁、力、热、声等多物理场问题 准确仿真分析是产品设计的重要环节运输尺寸:13.6x5.5x5.9(m)变压器结构外型内部器身结构典型产品：昌吉-古泉 1100kV换流变2025 ANSYS,Inc.变压器结构场分析变压器结构场分析72025 ANSYS,Inc.海上电力变压器抗疲劳分析海上电力变压器抗疲劳分析 行业动态国内外海上风电快速发展，越来越多的电力变压器应用于海上风电平台 风险挑战-海洋工况复杂，周期性往复波浪载荷-变压器结构可能出现疲劳破坏-海洋环境运维成本高 SE 应对举措-设计阶段进行疲劳分析及优化设计-分析方法依据 DNV-R

3、P-C203 分析项目-额定功率45/60MVA-额定电压 HV/LV 132kV/11kV-海浪载荷条件某海上风电项目模型82025 ANSYS,Inc.海上电力变压器抗疲劳分析海上电力变压器抗疲劳分析 FEA模型合理设置油箱、储油柜、升高座中油重，及套管、控制柜、内部器身结构等重量 边界条件设置各部件之间的接触及约束条件 载荷设置叠加加载三个方向波浪载荷加载油箱中变压器油的惯性力设置器身与油箱底部的摩擦力部分接触设置部分载荷力条件92025 ANSYS,Inc.海上电力变压器抗疲劳分析海上电力变压器抗疲劳分析 多种载荷组合工况下，对结构受力分析并提取各部件的热点应力102025 ANSYS

4、,Inc.海上电力变压器抗疲劳分析海上电力变压器抗疲劳分析 热点应力疲劳评估 薄弱结构改进及优化 校核评估及优化S-N 曲线（DNV-RP-C203）SE疲劳分析程序112025 ANSYS,Inc.线圈压环受短路冲击线圈压环受短路冲击 问题背景线圈端部压环受预紧力及短路冲击力，可能发生分层、断裂破坏 技术难点-线圈包含铜线、绝缘纸、垫块等，材料属性复杂-压环受多种载荷叠加，需分布加载122025 ANSYS,Inc.线圈压环受短路冲击线圈压环受短路冲击 解决方案-线圈材料：压缩变形试验，超弹性材料模型-线圈简化：对称阵列分布条块模型-分成三个载荷步加载液压缸预紧力端部限位线圈短路冲击力 结果

5、分析局部结构变形压环应力分布132025 ANSYS,Inc.散热器组受力分析及结构优化散热器组受力分析及结构优化 问题背景-散热器组带油运行时受力牵拉作用，需评估结构强度是否符合设计要求 模型简化-第一组散热片按实际尺寸、工况建模，其余各组散热片按相同重量简化-忽略散热片压花，简化为平面腔体模型-中间面模型带1mm厚，网格尺寸10mm 载荷及边界条件-带油、带风机运行工况下受重力作用-上下油管端部固定约束，拉索端部固定142025 ANSYS,Inc.散热器组受力分析及结构优化散热器组受力分析及结构优化 结果分析-散热片端部向下偏移，最大变形1.4365mm-散热片最大应力125.82MPa

6、，整体结构强度符合要求，不会发生破坏152025 ANSYS,Inc.散热器组受力分析及结构优化散热器组受力分析及结构优化 结构优化设计分析-对比4种片散结构进行受力分析，评估计方案合理性-结构变形结果-结构应力结果162025 ANSYS,Inc.油箱结构受力分析油箱结构受力分析 抽真空、打正压受力分析 转运过程受力分析 抗震分析载荷条件抽真空受力分析结果打正压受力分析结果转运时底部千斤顶布置部分载荷条件应力分布结果2025 ANSYS,Inc.变压器流体场分析变压器流体场分析182025 ANSYS,Inc.散热器组风场分析及优化设计散热器组风场分析