Analysis of temperature rise caused by moisture in 220kV transformer bushing

Abstract

The transformer bushing is a crucial insulating component in power transformers, and its operating condition directly affects the safety and reliability of the transformer. During long-term operation, due to factors such as aging of the seal and environmental humidity, water intrusion into the bushing interior is a common and concealed fault form, which significantly alters the electrical and thermal properties of the bushing medium and can lead to local overheating and even insulation failure.

Based on the theory of multi-physics field coupling, the COMSOL Multiphysics software was used to establish a coupled simulation model of the electric field and temperature field for the 220 kV transformer bushing. A two-dimensional axisymmetric model was constructed to calculate dielectric loss and resistance loss, and a three-dimensional eddy current field model was combined to analyse the distribution characteristics of eddy current loss inside the bushing. The changes in the temperature field of the bushing under different moisture contents were systematically studied.

The simulation results show that as the moisture content of the bushing increases, its dielectric loss significantly increases, and the local temperature rise is obvious. The hot spot areas mainly concentrate in the locations with higher electric field intensity and structural changes. Water has a significant impact on the temperature distribution of the bushing and can be used as an important basis for judging the moisture inside the bushing and potential faults. The research results provide a theoretical reference for transformer bushing condition monitoring and fault diagnosis based on temperature characteristics.

Muuntajan läpivienti on voimalaitemuuntajien kannalta keskeinen eristyskomponentti, ja sen toimintakunto vaikuttaa suoraan muuntajan turvallisuuteen ja luotettavuuteen. Pitkäaikaisessa käytössä, esimerkiksi tiivisteen vanhenemisen ja ympäristön kosteuden vuoksi, veden tunkeutuminen läpiviennin sisään on yleinen ja piilevä vika, joka muuttaa merkittävästi läpiviennin eristeen sähköisiä ja lämpöominaisuuksia ja voi johtaa paikalliseen ylikuumenemiseen ja jopa eristeen pettämiseen.

Monifysiikan kenttäkytkennän teorian perusteella COMSOL Multiphysics -ohjelmistoa käytettiin 220 kV:n muuntajan läpiviennin sähkökentän ja lämpötilakentän kytketyn simulointimallin luomiseen. Dielektrisen häviön ja vastushäviön laskemiseksi rakennettiin kaksiulotteinen aksisymmetrinen malli, ja siihen yhdistettiin kolmiulotteinen pyörrevirtakenttämalli holkin sisällä olevan pyörrevirtahäviön jakautumisominaisuuksien analysoimiseksi. Holkin lämpötilakentän muutoksia eri kosteuspitoisuuksilla tutkittiin systemaattisesti.

Simulointitulokset osoittavat, että läpivientikappaleen kosteuspitoisuuden kasvaessa sen dielektriset häviöt kasvavat merkittävästi ja paikallinen lämpötilan nousu on selvästi havaittavissa. Kuumakohdat keskittyvät pääasiassa paikkoihin, joissa sähkökentän voimakkuus on suurempi ja rakenteellisia muutoksia on tapahtunut. Vedellä on merkittävä vaikutus läpivientikappaleen lämpötilajakaumaan, ja sitä voidaan käyttää tärkeänä perustana arvioitaessa läpivientikappaleen sisällä olevaa kosteutta ja mahdollisia vikoja. Tutkimustulokset tarjoavat teoreettisen viitekehyksen muuntajan läpivientikappaleen kunnonvalvontaan ja vikadiagnoosiin lämpötilaominaisuuksien perusteella.