Determination of temperature distribution on windings of oil transformer based on the laws of heat transfer

Abstract

Об'єкт дослідження: розроблення технології визначення температури обмотки силового масляного трансформатора, зокрема аналіз теплових процесів в обмотці силового трансформатора під час короткочасних перевантажень з урахуванням впливу довкілля. Досліджувана проблема: розподіл температури в обмотці силового масляного трансформатора з урахуванням короткочасних кидків навантаження в задачі оцінювання залишкового ресурсу ізоляції обмотки трансформатора за температурним старінням. Розрахунок розподілу температури в обмотці виконано за паспортними даними та характеристиками силового масляного трансформатора, зокрема обмотки, трансформаторного масла, струмів навантаження. Основні наукові результати: розраховано математичну модель, за допомогою якої отримано результати розподілу температури в обмотці трансформатора під час короткочасних кидків навантаження або постійної роботи з підвищеним навантаженням. За поданою моделлю проведено аналіз часу охолодження обмотки трансформатора після короткочасних перевантажень. Порівнянням результатів, отриманих на імітаційній моделі, з відомими результатами експериментальних досліджень розподілу температури в обмотці силового трансформатора доведено адекватність математичної моделі. Показано, що використання законів теплопередачі в однорідній пластині для аналізу розподілу температури в обмотці трансформатора не є хибним, але потребує уточнень і спрощень. Область практичного використання результатів дослідження: підприємства машинобудівної галузі та енергетичні компанії, що спеціалізуються на виробництві й експлуатації трансформаторного обладнання. Інноваційний технологічний продукт: імітаційна модель розподілу тепла в обмотці трансформатора, яка може враховувати навантаження трансформатора, вплив довкілля на ізоляцію обмоток трансформатора. Інноваційний технологічний продукт: метод діагностування тривалості безвідмовної роботи трансформатора, який дає змогу забезпечити безаварійну роботу та заощадити кошти на ремонт трансформаторного обладнання. Сфера застосування інноваційного технологічного продукту: проєктування та розроблення систем діагностування обмоток силових масляних трансформаторів.The object of research: development of a technology for determining the temperature of the winding of a power oil transformer, in particular, the analysis of thermal processes in the winding of a power transformer during short-term overloads, taking into account the influence of the environment. Investigated problem: temperature distribution in the winding of a power oil transformer taking into account short-term load surges in the problem of assessing the residual life of the insulation of the transformer winding by temperature aging. The calculation of the temperature distribution in the winding was carried out using the passport data and characteristics of the power oil transformer, including the winding, transformer oil, load currents. The main scientific results: mathematical model was calculated, with the help of which the results of temperature distribution in the transformer winding were obtained during short-term load surges or constant work with an increased load. According to the presented model, the analysis of the cooling time of the transformer winding after short-term overloads is carried out. Comparing the results obtained on the simulation model with the known results of experimental studies of the temperature distribution in the winding of a power transformer, the adequacy of the mathematical model is proved. It is shown that the use of the laws of heat transfer in a homogeneous plate to analyze the temperature distribution in the transformer winding is not wrong, but requires clarifications and simplifications. The area of practical use of the research results: enterprises of the machine-building industry and energy companies specializing in the production and operation of transformer equipment. Innovative technological product: simulation model of heat distribution in a transformer winding, which can take into account the load of the transformer, the effect of the environment on the insulation of the transformer windings. Innovative technological product: a method for diagnosing the duration of the non-failure operation of a transformer, which makes it possible to ensure trouble-free operation and save money for the repair of transformer equipment. Scope of the innovative technological product: design and development of diagnostic systems for windings of power oil transformers.