電力變壓器作為電力系統(tǒng)中傳輸電能的核心設(shè)備之一,其運(yùn)行安全對(duì)保障電網(wǎng)整體的穩(wěn)定性至關(guān)重要。電力變壓器中存在大量繞組，其發(fā)熱量非常可觀，通常使用變壓器油作為散熱和絕緣介質(zhì)。如果變壓器繞組熱點(diǎn)溫升過高則可能發(fā)生局部過熱，影響變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定性和服役壽命。絕緣紙作為油浸式電力變壓器的絕緣屏障，其老化產(chǎn)生的機(jī)械、絕緣等性能改變是一個(gè)不可逆過程，對(duì)其開展仿真研究對(duì)于變壓器運(yùn)行維護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

重慶大學(xué)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年積累，在高壓設(shè)備和絕緣技術(shù)方面積累了深厚的經(jīng)驗(yàn)。他們利用Simdroid對(duì)電力變壓器開展固體傳熱和流體的耦合仿真建模，模型采用二維近似簡(jiǎn)化，在精確反映物理場(chǎng)景的前提下節(jié)省了計(jì)算資源，提高了計(jì)算效率和展示效果。本文展示的案例中在正常工況變壓器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了繞組間擋板，目的是研究擋板提高變壓器油橫向流動(dòng)速度從而增強(qiáng)繞組散熱的效果，并在此基礎(chǔ)上開展熱老化評(píng)估。

在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型

借助Simdroid的多物理場(chǎng)耦合功能，重慶大學(xué)的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯(lián)合仿真計(jì)算，在電力變壓器模型中實(shí)現(xiàn)對(duì)含有復(fù)雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網(wǎng)格自動(dòng)優(yōu)化和高效耦合迭代。在仿真獲得的流體結(jié)果中，用戶可以通過云圖或流線圖查看流體速度的整體分布和局部細(xì)節(jié)；在溫度結(jié)果中，可以查看變壓器內(nèi)部整體溫度分布，從中了解熱點(diǎn)位置和發(fā)熱情況。

Simdroid中耦合仿真獲得的變壓器油流速分布云圖和流線圖

Simdroid耦合仿真得到流體和固體的穩(wěn)態(tài)溫度分布

電力變壓器流熱耦合仿真的結(jié)果在工程實(shí)踐中有兩個(gè)主要用途：一是通過傳感器獲得變壓器油出口和變壓器外殼等位置的實(shí)際監(jiān)測(cè)溫度，工程師可結(jié)合仿真在正常工況時(shí)實(shí)時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行情況，在非正常工況時(shí)做出預(yù)警或檢修等判斷；二是開展設(shè)備部件運(yùn)行性能參數(shù)的分析，如絕緣油和絕緣紙老化性能等。

Simdroid耦合仿真老化分析結(jié)果，保留了繞組以更直觀地展示相應(yīng)位置的老化程度

Simdroid 是由北京云道智造科技有限公司開發(fā)的基于“仿真平臺(tái)+仿真APP”模式的通用多物理場(chǎng)仿真平臺(tái)。該平臺(tái)具備自主可控的結(jié)構(gòu)、電磁、流體和熱四大物理場(chǎng)求解器和多物理場(chǎng)仿真內(nèi)核，在統(tǒng)一友好的環(huán)境中為仿真工作者提供了前處理、求解分析和后處理工具，同時(shí)其內(nèi)置的APP開發(fā)器支持用戶以無代碼化開發(fā)的方式便捷封裝全參數(shù)化仿真模型及仿真流程，將仿真知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為可復(fù)用的仿真APP，實(shí)現(xiàn)知識(shí)變現(xiàn)。仿真APP通過APP商店Simapps 實(shí)現(xiàn)在線展示、交易，用戶通過云端快速、便捷、低成本使用各類工業(yè)APP，真正實(shí)現(xiàn)普惠仿真的愿景。Simdroid 已經(jīng)在電力、家電、生物醫(yī)療、電子信息、航空航天等行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的工程化應(yīng)用。申請(qǐng)?jiān)囉茫篽ttps://www.simapps.com/v2/tool/simdroid