基于参数等效及改进混合剖分的变压器绕组温升研究

刘振邦; 杜志叶; 黎鹏; 李根; 牛航; 李炳昊

doi:10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.009

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于参数等效及改进混合剖分的变压器绕组温升研究

高电压技术 | 更新时间：2026-09-16

- 基于参数等效及改进混合剖分的变压器绕组温升研究
- Research on Temperature Rise in Transformer Windings Based on Parameter Equivalence and Improved Hybrid Profiling
- 南方电网技术 2026年20卷第8期页码：104-113
- 作者机构：
  
  1.湖北省输电线路工程技术研究中心（三峡大学），湖北宜昌 443002
  2.三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌443300
  3.武汉大学电气与自动化学院，武汉 430072
  4.南方电网科学研究院，广州 510663
- 作者简介：
  
  刘振邦（1999），男，硕士研究生，从事变压器多物理场计算研究，1229026437@qq.com；
  杜志叶（1974），男，通信作者，教授，博士，研究方向为多物理场耦合仿真计算、电力系统电磁环境、特高压直流关键技术，duzhiye@163.com；
  黎鹏（1989），男，副教授，博士，研究方向为电力设备智能运维、电工装备多物理场分析，lipeng_ctgu@163.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52377015)
- DOI：10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.009
  中图分类号： TM854
- 收稿：2024-09-08，
  
  网络首发：2024-12-30，
  
  纸质出版：2026-08-20
- 稿件说明：
移动端阅览
刘振邦,杜志叶,黎鹏等.基于参数等效及改进混合剖分的变压器绕组温升研究[J].南方电网技术,2026,20(08):104-113.

LIU Zhenbang,DU Zhiye,LI Peng,et al.Research on Temperature Rise in Transformer Windings Based on Parameter Equivalence and Improved Hybrid Profiling[J].Southern Power System Technology,2026,20(08):104-113.
刘振邦,杜志叶,黎鹏等.基于参数等效及改进混合剖分的变压器绕组温升研究[J].南方电网技术,2026,20(08):104-113. DOI： 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.009.

LIU Zhenbang,DU Zhiye,LI Peng,et al.Research on Temperature Rise in Transformer Windings Based on Parameter Equivalence and Improved Hybrid Profiling[J].Southern Power System Technology,2026,20(08):104-113. DOI： 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.009.

摘要

变压器绕组热点温度是制约其带负载能力和运行寿命的决定性因素。以一台S20-M-630 kVA/10 kV油浸式配电变压器为研究对象，建立了包含外壳散热片在内的三维电磁-温度-流体耦合模型。针对其绕组内部结构复杂、流固边界层网格质量差、计算效率低下等问题，提出了绕组参数等效方法与结合映射剖分和自由剖分的混合网格剖分技术。该方法不仅显著提升了绕组热点温度的计算精度，还优化了流固边界层的网格质量，大幅提高了计算效率。结果表明：绕组参数等效方法能有效反映变压器实际工作中绕组的温度分布，混合剖分相比与全自由剖分达到相同结果下的整体三维网格数量和仿真时间分别减少了73.60%、82.50%，绕组热点温度仿真值与试验值相对误差不超过1%。

Abstract

Load capacity and operating life are governed by the hot spot temperature of the transformer windings. A three-dimensional electromagnetic-temperature-fluid coupling model including the shell heat sink is established with an S20-M-630 kVA/10 kV oil-immersed distribution transformer as the research object. Aiming at the problems of complex internal structure of the winding

poor mesh quality of the fluid-solid boundary layer

and low computational efficiency

a winding parameter equivalence method and a hybrid mesh profiling technique combining mapping profilings and free profilings are proposed. The method not only significantly improves the accuracy of the calculation of the winding hot-spot temperature

but also optimises the mesh quality of the fluid-solid boundary layer

which significantly improves the calculation efficiency. The results show that in actual transformer operation

the winding temperature distribution can be effectively reflected by the winding parameter equivalence method

and compared with free profiling

hybrid profiling reduces the overall number of 3D meshes and simulation time by 73.60% and 82.50%. The relative error between the simulated and experimental values of the winding hot-spot temperature shall not exceed 1%.

关键词

Keywords

references

杜志叶，肖湃，郝兆扬，等 . 基于绕组热点温度反馈的特高压交流变压器低频加热干燥方法研究［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 15 ）： 3888 - 3896 .

DU Zhiye ， XIA Pai ， HAO Zhaoyang ， et al . Study on low-frequency heating and drying method of UHVAC transformer based on temperature feedback of winding hot spot ［J］. Transactions of China Electrotechnical Social ， 2022 ， 37 （ 15 ）： 3888 - 3896 .

邓永清，阮江军，董旭柱，等 . 基于自适应网格控制的10 kV油浸式变压器多物理场仿真计算［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 8 ）： 2924 - 2933 .

DENG Yongqing ， RUAN Jiangjun ， DONG Xuzhu ， et al . Simulation of multi-physical field of 10 kV oil-immersed transformer based on adaptive grid control ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 8 ）： 2924 - 2933 .

欧小波，周丹，林春耀，等 . 油浸式电力变压器老化及寿命评估研究综述［J］. 南方电网技术， 2015 ， 9 （ 9 ）： 58 - 70 .

OU Xiaobo ， ZHOU Dan ， LIN Chunyao ， et al . Review of aging and life assessment of oil-immersed power transformer ［J］. Southern Power System Technology ， 2015 ， 9 （ 9 ）： 58 - 70 .

马秉伟，陈晓国，郑宇，等 . 电力变压器环保绝缘油研究进展与趋势［J］. 南方电网技术， 2024 ， 18 （ 5 ）： 12 - 21，30 .

MA Bingwei ， CHEN Xiaoguo ， ZHENG Yu ， et al . Research progress and trends of eco-friendly insulating oil for power transformer ［J］. Southern Power System Technology ， 2024 ， 18 （ 5 ）： 12 - 21，30 .

SWIFT G ， MOLINSKI T ， LEHN W . A fundamental approach to transformer thermal modeling—part I： theory and equivalent circuit ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2001 ， 16 （ 2 ）： 171 - 175 .

刘兴鹏 . 基于热电类比理论的油浸式电力变压器热点温度计算模型［D］. 重庆：重庆大学， 2010 .

陈伟根，苏小平，周渠，等 . 基于顶层油温的变压器绕组热点温度计算改进模型［J］. 重庆大学学报， 2012 ， 35 （ 5 ）： 69 - 75 .

CHEN Weigen ， SU Xiaoping ， ZHOU Qu ， et al . An improved dynamic model of transformer hot spot temperature based on top oil temperature ［J］. Journal of Chongqing University ， 2012 ， 35 （ 5 ）： 69 - 75 .

杨平，刘佳 . 一种电力变压器热点温度计算模型［J］. 变压器， 2013 ， 50 （ 12 ）： 24 - 28 .

YANG Ping ， LIU Jia . Calculation model of hot spot temperature of power transformer ［J］. Transformer ， 2013 ， 50 （ 12 ）： 24 - 28 .

江淘莎，李剑，陈伟根，等 . 油浸式变压器绕组热点温度计算的热路模型［J］. 高电压技术， 2009 ， 35 （ 7 ）： 1635 - 1640 .

JIANG Taosha， LI Jian， CHEN Weigen， Thermal model for hot spot temperature calculation in oil-immersed transformers ［J］. High Voltage Engineering ， 2009 ， 35 （ 7 ）： 1635 - 1640 .

王丰华，周翔，高沛，等 . 基于绕组热分布的改进油浸式变压器绕组热点温度计算模型［J］. 高电压技术， 2015 ， 41 （ 3 ）： 895 - 901 .

WANG Fenghua ， ZHOU Xiang ， GAO Pei ， et al . Improved thermal circuit model of hot spot temperature in oil-immersed transformers based on heat distribution of winding ［J］. High Voltage Engineering ， 2015 ， 41 （ 3 ）： 895 - 901 .

LIU C ， RUAN J ， WEN W ， et al . Temperature rise of a dry-type transformer with quasi-3D coupled-field method ［J］. IET Electric Power Applications ， 2016 ， 10 （ 7 ）： 598 - 603 .

傅晨钊，汲胜昌，王世山，等 . 变压器绕组温度场的二维数值计算［J］. 高电压技术， 2002 ， 28 （ 5 ）： 10 - 12 .

FU Chenzhao ， JI Shengchang ， WANG Shishan ， et al . 2D numerical calculation of temperature field of winding in transformer ［J］. High Voltage Engineering ， 2002 ， 28 （ 5 ）： 10 - 12 .

谢裕清，李琳，宋雅吾，等 . 油浸式电力变压器绕组温升的多物理场耦合计算方法 . 中国电机工程学报 . 2016 ， 36 （ 21 ）： 5957 - 5965 .

XIE Y ， LI L ， SONG Y ， et al . Multi-physical field coupled method for temperature rise of winding in oil-immersed power transformer ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5957 - 5965 .

SMOLKA J . CFD-based 3-D optimization of the mutual coil configuration for the effective cooling of an electrical transformer ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2013 ， 50 （ 1 ）： 124 - 133 .

TENBOHLEN S ， SCHMIDT N ， BREUER C ， et al . Investigation of thermal behavior of an oil-directed cooled transformer winding ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 1091 - 1098 .

PREIS K ， BIRO O ， BUCHGRABER Get al . Thermal-electromagnetic coupling in the finite-element simulation of power transformers ［J］. IEEE Transactions on Magnetics ， 2006 ， 42 （ 4 ）： 999 - 1002 .

井永腾，王宁，李岩，等 . 电磁-热-流弱耦合的变压器绕组温升研究［J］. 电机与控制学报， 2019 ， 23 （ 10 ）： 41 - 48 .

JING Yongteng ， WANG Ning ， LI Yan ， et al . Research on temperature rise of transformer windings with electromagnetic-thermal-flow weak coupling ［J］. Electric Machines and Control ， 2019 ， 23 （ 10 ）： 41 - 48 .

JIA X ， LIN M ， SU S ， et al . Numerical study on temperature rise and mechanical properties of winding in oil-immersed transformer ［J］. Energy ， 2022 （239）： 121788.1 - 121788.8.

SANTISTEBAN A ， DELGADO F ， ORTIZ A ， et al . Numerical analysis of the hot-spot temperature of a power transformer with alternative dielectric liquids ［J］. IEEE Transactions on Dielectrics & Electrical Insulation ， 2017 ， 24 （ 5 ）： 3226 - 3235 .

DASARA S ， MISHRA V P . Shielding measures of power transformer to mitigate stray loss and hot spot trough coupled 3D FEA ［J］. High Voltage ， 2017 ， 2 （ 4 ）： 267 - 273 .

王永强，马伦，律方成，等 . 基于有限差分和有限体积法相结合的油浸式变压器三维温度场计算［J］. 高电压技术， 2014 ， 40 （ 10 ）： 3179 - 3185 .

WANG Yongqiang ， MA Lun ， LÜ Fangcheng ， et al . Calculation of 3D temperature field of oil immersed transformer by the combination of the finite element and finite volume method ［J］. High Voltage Engineering ， 2014 ， 40 （ 10 ）： 3179 - 3185 .

周利军，唐浩龙，王路伽，等 . 基于多面体网格剖分的油浸式变压器三维温度场及油流场仿真［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 11 ）： 3524 - 3531 .

ZHOU Lijun ， TANG Haolong ， WANG Lujia ， et al . Simulation on three-dimensional temperature field and oil flow field of oil-immersed transformer based on polyhedral mesh ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 11 ）： 3524 - 3531 .

沈楠，刘刚，王晓晗，等 . 基于最小热阻力法则的油浸式变压器绕组等效导热系数计算方法及应用［J］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2023 ， 50 （ 4 ）： 60 - 68 .

SHEN Nan ， LIU Gang ， WANG Xiaohan ， et al . Calculation and application of equivalent thermal conductivity of oil-immersed transformer windings based on the law of least thermal resistance ［J］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）， 2023 ， 50 （ 4 ）： 60 - 68 .

杜志叶 . 工程电磁场数值分析［M］. 北京：机械工业出版社， 2023 .

张伟，咸日常，刘焕国，等 . 出口短路故障对配电变压器绕组电热特性的影响［J］. 南方电网技术， 2025 ， 19 （ 8 ）： 141 - 149 .

ZHANG Wei ， XIAN Richang ， LIU Huanguo ， et al . Impact of outlet short-circuit fault on the electrical-thermal characteristics of distribution transformer windings ［J］. Southern Power System Technology ， 2025 ， 19 （ 8 ）： 141 - 149 .

杜太行，陈帆，孙曙光，等 . 基于多物理场耦合的交流接触器动态特性研究［J］. 电测与仪表， 2024 ， 61 （ 10 ）： 181 - 187 .

DU Taihang ， CHEN Fan ， SUN Shuguang ， et al . Research on dynamic characteristics of AC contactor based on multi-physicscoupling ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2024 ， 61 （ 10 ）： 181 - 187 .

龚嘉豪，唐文虎，蓝海娟，等 . 基于本征正交分解的SCB11 - 800/10型干式变压器温度场降阶模型及其过负荷绝缘热安全评估［J］. 广东电力， 2025 ， 38 （ 7 ）： 86 - 98 .

GONG Jiahao ， TANG Wenhu ， LAN Haijuan ， et al . Temperature field reduced-order model of SCB11-800/10 dry type transformer based on proper orthogonal decomposition and its overload insulation thermal security assessment ［J］. Guangdong Electric Power ， 2025 ， 38 （ 7 ）： 86 - 98 .

廖才波，阮江军，刘超，等 . 油浸式变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法［J］. 电力自动化设备， 2015 ， 35 （ 9 ）： 150 - 155 .

LIAO Caibo ， RUAN Jiangjun ， LIU Chao ， et al . Comprehensive analysis of 3⁃D electromagnetic-fluid-thermal fields of oil-immersed transformer ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2015 ， 35 （ 9 ）： 150 ⁃ 155 .

邓永清，阮江军，龚宇佳，等 . 基于参数热等效的10kV变压器温度流体场三维仿真计算［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 4 ）： 212 - 218 .

DENG Yongqing ， RUAN Jiangjun ， GONG Yujia ， et al . Three dimensional thermal fluid field simulation of 10 kV transformer based on parameter thermal equivalence ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 212 - 218 .

刘菊 . 固体界面接触热阻及导热系数测量的实验研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2011 .

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . 电力变压器第2部分：液浸式变压器的温升： GB 1094. 2 - 2013 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2014 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

面向新能源消纳提升的乡村配电网电氢协同调度策略

多微电网共享储能优化配置与成本分配方法

基于蔓延模型的架空输电线路山火跳闸概率全过程预测方法

特约主编寄语

台风及暴雨灾害下配电网抗灾及复电优化策略