Naslov (srp)

Унапређење детаљног термо-хидрауличког модела енергетских уљних трансформатора и проширење спектра његових примена : докторска дисертација

Autor

Radoman, Uroš, 1987-

Doprinosi

Žarković, Mileta, 1987-
Radaković, Zoran, 1965-
Komatina, Mirko, 1963-
Lazarević, Zoran, 1956-
Terzić, Mladen V., 1984-

Opis (eng)

The subject, objectives and contributions of the dissertation are in the field of thermalmodeling of oil-immersed power transformers (OIPT).The first part of the dissertation deals with the basic problem of the insulation’s hot-spottemperature (HS) of the transformer winding and the aging of the insulation, which depends on thetemperature of the HS and the concentration of moisture and acids in the insulating liquid. A detailedthermo-hydraulic model (DTHM, or detailed THNM) is presented, which represents the optimalmodern solution for determining the HS temperature. Detailed THNM is based on solving a set ofnon-linear equations, taking into account the influence of relevant construction details and physicalcharacteristics of the material on the HS temperature. In this part of the dissertation, the influence ofdifferent physical occurrences during heat transfer that affect the value of HS temperature isseparated, the influence of which is not clearly and precisely quantified in simplified empiricalmethods that are generally applied. In this part of the dissertation, a non-invasive method for assessingthe relative age of paper insulation is presented, which was verified by the results of experimentalresearch on two special transformers, whereby the change in HS temperature and moisture content inthe oil was taken into account.The second part of the dissertation refers to two improved models of the stationary THNM.THNM is based on the mathematical modeling of thermal and hydraulic processes inside the OIPT.In literature, there are no analytical expressions for all the details of real constructions. Thedissertation presents new equations for the calculation of the convection heat transfer coefficient onthe radial surfaces of windings with radial and axial oil channels without oil guiding barriers. Theseequations were created based on the results of FEM/CFD simulations, and then confirmed bycomparison with measurements published in the literature. The second improvement is representedby new equations for the calculation of the pressure drop in the radiator heads, made on the basis ofthe results of experiments on a real cooling system in the transformer factory’s test bay. Newequations for the calculation of the convection heat transfer coefficient are afterward utilized in acomparative analysis of the cooling efficiency of different types of transformer windings.The third part of the dissertation refers to the extension of the application of THNM. THNMand programs based on it are primarily used in the design process of new OIPT. The dissertationpresents a new method based on quasi-stationary THNM. In real-time operation, based on standardmeasurements, the method calculates fouling of shell-and-tube type transformer heat exchangers, inwhich the external cooling fluid is water. The value of the calculated fouling factor is important forthe assessment of the current maximum possible load of the transformer and the production andmaintenance planning. The research was carried out on the basis of several years of measurementdata on a transformer that is in operation at a hydroelectric power plant.

Opis (srp)

Предмет, циљеви и доприноси дисертације су у области термичког моделовањаенергетских уљних трансформатора (ЕУТ).Први део дисертације бави се основним проблемом температуре најтоплије тачкеизолације (hot-spot, HS) намотаја трансформатора и старења изолације, које је зависно одтемпературе HS и концентрације влаге и киселина у изолационој течности. Приказује седетаљни термо-хидраулички модел (ДТХМ), који представља оптимално савремено решењеза одређивање HS температуре. ДТХМ је заснован на решавању скупа нелинеарних једначина,оријентационо са неколико стотина непознатих, при чему се обухвата утицај релевантнихконструкционих детаља и физичких карактеристика материјала на HS температуру. У овомделу дисертације је раздвојен утицај различитих физичких појава при преносу топлоте којеутичу на вредност HS температуре, чији утицај није јасно и прецизно квантификован упоједностављеним методама које се примењују у пракси. У овом делу дисертације приказујесе и једна неинвазивна метода за процену релативне старости папирне изолације, која јеверификована резултатима експерименталних истраживања на два специјалнатрансформатора, при чему је уважена промена HS температуре и садржаја влаге у уљу.Други део дисертације односи се на два унапређења модела стационарног ДТХМ.ДТХМ се заснива на математичком моделовању термичких и хидрауличких процеса унутарЕУТ. У литератури не постоје аналитички изрази за све детаље реалних конструкција. Удисертацији су представљене нове једначине за прорачун коефицијента преласка топлотеструјањем на радијалним површинама намотаја са радијалним и аксијалним уљним каналимабез баријера за усмеравање уља. Ове једначине су направљене на основу резултата FEM/CFDсимулација, а затим су валидиране поређењем са мерењима која су објављена у литератури.Друго унапређење представљају нове једначине за прорачун пада притиска у глави радијатора,направљене на основу резултата експеримената на реалном расхладном систему у испитнојстаници фабрике трансформатора. Нове једначине за коефицијент преласка топлоте струјањемзатим су употребљене за упоредну анализу ефикасности хлађења различитих типова намотаја.Трећи део дисертације се односи на проширење примене ДТХМ. ДТХМ и програмизасновани на њему се превасходно користе у пројектовању нових ЕУТ. У дисертацији јеизложена нова метода, заснована на квазистационарном ДТХМ, којом се у реалном времену,на основу стандардних мерења, врши прорачун запрљања трансформаторских размењивачатоплоте типа shell-and-tube, код којих је спољашњи расхладни флуид вода. Вредностизрачунатог фактора запрљања је важна за процену тренутно највећег могућег оптерећењатрансформатора и планирање производње и одржавања. Истраживање је извршено на основувишегодишњих резултата мерења на трансформатору који је у погону на једнојхидроелектрани.

Opis (srp)

Техничке науке – Електротехника - Енергетски претварачи и погони, енергетски трансформатори / Technical sciences – Electrical engineering - Power Converters and Drives, Power transformers Datum odbrane: 28.09.2023.

Jezik

srpski

Datum

2023

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Električne mašine. Transformatori. Ispravljači

Енергетски уљни трансформатори, Термо-хидраулички модел, Старење чврсте изолације, Пренос топлоте, Размењивачи топлоте, Hot-spot фактор, Фактор запрљања

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Električne mašine. Transformatori. Ispravljači

Oil-immersed power transformers, Thermo-hydraulic network model, Aging of solid insulation, Heat transfer, Heat exchangers, Hot-spot factor, Fouling factor