伴随网格自适应剖分优化变压器内部温度仿真模型计算效率方法

李元; 陈智秋; 刘志濠; 高一冉; 刘捷丰; 张冠军

doi:10.7652/xjtuxb202603016

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

伴随网格自适应剖分优化变压器内部温度仿真模型计算效率方法

更新时间：2026-03-09

- 伴随网格自适应剖分优化变压器内部温度仿真模型计算效率方法
- Adjoint-Based Adaptive Mesh Refinement Method for Optimizing Computational Efficiency of Transformer Internal Temperature Simulation Models
- 西安交通大学学报 2026年60卷第3期页码：166-174
- 作者机构：
  
  西安交通大学电气工程学院，710049，西安
  广西大学电气工程学院，530004，南宁
- 作者简介：
  
  作者简介：李元（1984—），男，副教授，博士生导师。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目。(52477159)
- DOI：10.7652/xjtuxb202603016
  中图分类号： TM411
- 收稿：2025-06-07，
  
  纸质出版：2026-03-10
- 稿件说明：
移动端阅览
李元, 陈智秋, 刘志濠, 等. 伴随网格自适应剖分优化变压器内部温度仿真模型计算效率方法[J]. 西安交通大学学报, 2026,60(3):166-174.

LI Yuan, CHEN Zhiqiu, LIU Zhihao, et al. Adjoint-Based Adaptive Mesh Refinement Method for Optimizing Computational Efficiency of Transformer Internal Temperature Simulation Models[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2026, 60(3): 166-174.
李元, 陈智秋, 刘志濠, 等. 伴随网格自适应剖分优化变压器内部温度仿真模型计算效率方法[J]. 西安交通大学学报, 2026,60(3):166-174. DOI： 10.7652/xjtuxb202603016.

LI Yuan, CHEN Zhiqiu, LIU Zhihao, et al. Adjoint-Based Adaptive Mesh Refinement Method for Optimizing Computational Efficiency of Transformer Internal Temperature Simulation Models[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2026, 60(3): 166-174. DOI： 10.7652/xjtuxb202603016.

摘要

针对变压器热-流场耦合仿真计算效率低的问题，提出一种基于伴随网格自适应剖分的优化方法。首先，以110 kV油浸自冷式变压器作为研究对象，建立其二维全尺寸闭环热-流场仿真模型，采用有限体积法求解温度场与油流场分布。然后，基于伴随误差估计方法构建变压器热-流场误差指示器，制定网格自适应剖分策略，实现仿真区域网格的自适应加密。最后，将网格自适应剖分方法应用于三角形和四边形主导网格的热-流场数值计算模型，对比验证所提方法的有效性及适用性。结果表明：伴随网格自适应剖分方法可在保证计算准确性的基础上显著提高热-流场耦合仿真模型的计算效率，仿真用时减少50%以上，且计算误差不超过6%，适用于不同类型的二维网格，对三角形网格的优化效果尤佳。

Abstract

To address the low computational efficiency in thermal-fluid coupling simulations of transformers

an optimization method based on adjoint-based adaptive mesh refinement is proposed.Firstly

a 110 kV oil-immersed self-cooled transformer is investigated

and a twodimensional full-scale closed-loop thermal-fluid coupling simulation model is established.The finite volume method is employed to solve the temperature field and oil flow field distributions. Then

an error indicator for the thermal-fluid coupling of the transformer is constructed based on the adjoint error estimation method

and a mesh adaptive refinement strategy is formulated to achieve adaptive mesh encryption in the simulation region.Finally

the adaptive mesh refinement method is applied to thermal-fluid coupling numerical calculation models dominated by triangular and quadrilateral meshes

and the effectiveness and applicability of the proposed method are verified through comparative analysis.The results show that the adjoint-based adaptive mesh refinement method significantly improves the computational efficiency of thermal-fluid coupling simulation models while ensuring calculation accuracy

reducing simulation time by over 50% with a computational error no more than 6%.This method is applicable to different types of twodimensional meshes

with particularly notable optimization effects for triangular meshes.

关键词

Keywords

references

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[J].中国电机工程学报，2016，36(21)：5957-5965.

XIE Yuqing，LI Lin，SONG Yawu，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.

丁玉琴，张乔根，高萌，等.油浸式配电变压器分布式热路模型[J].高电压技术，2019，45(3)：968-974.

DING Yuqin，ZHANG Qiaogen，GAO Meng，et al. Distributed thermal circuit model of oil-immersed distribution transformers[J].High Voltage Engineering，2019，45(3)：968-974.

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7部分：油浸式电力变压器负载导则：GB/T 1094.7—2008[S].北京：中国标准出版社，2009 .

胡万君，刘刚，朱章宸，等.油浸式电力变压器绕组稳态温升降阶计算方法研究[J].中国电机工程学报，2023，43(16)：6505-6516.HU Wanjun，LIU Gang，ZHU Zhangchen，et al. Reduced order calculation method of steady temperature rise of oil immersed power transformer[J].Proceedings of the CSEE，2023，43(16)：6505-6516.

王恩，赵振刚，曹敏，等.基于光纤Bragg光栅的油浸式变压器多点温度监测[J].高电压技术，2017，43 (5)：1543-1549.

WANG En，ZHAO Zhengang，CAO Min，et al. Multi point temperature monitoring of oil immersed transformer based on fiber Bragg grating[J].High Voltage Engineering，2017，43(5)：1543-1549.

BADAR M, LU Ping, WANG Qirui, et al. Real-time optical fiber-based distributed temperature monitoring of insulation oil-immersed commercial distribution power transformer[J].IEEE Sensors Journal, 2021, 21(3)：3013-3019.

杨志，黄雯利，赵丽娟.光纤传感技术在油浸式电力变压器状态监测应用的研究进展[J].高压电器，2023，59(6)：137-146.

YANG Zhi，HUANG Wenli，ZHAO Lijuan.Research progress of fiber-optic sensing technology in condition monitoring and application in oil-immersed power transformer[J].High Voltage Apparatus，2023，59 (6)：137-146.

李元，王晨，张冠军.传热学与电学问题的迁移类比研究：（2）工程实践[J].西安交通大学学报，2021，55（9）：1-8.

LI Yuan，WANG Chen，ZHANG Guanjun.Analogical transfer between heat transfer and electrology：（2）engineering practices[J].Journal of Xi’an Jiaotong University，2021，55（9）：1-8.

AMODA O A, TYLAVSKY D J, MCCULLA G A, et al. Acceptability of three transformer hottest-spot temperature models[J].IEEE Transactions on Power Delivery, 2012, 27(1)：13-22.

QIAN Tong, WEI Qianlong, YU Zeyuan, et al. Multiparametric sensitivity analysis of improved transformer thermal models considering nonlinear effect of oil time constant[J].CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2023, 9(5)：1950-1958.

刘刚，靳艳娇，马永强，等.基于混合法的油浸式变压器二维瞬态温度场仿真[J].高压电器，2019，55 (4)：82-89 .

LIU Gang，JIN Yanjiao，MA Yongqiang，et al. 2-D transient temperature field simulation of oil-immersed transformer based on hybrid method[J].High Voltage Apparatus，2019，55(4)：82-89.

TORRIANO F, PICHER P, CHAABAN M.Numerical investigation of 3D flow and thermal effects in a disc-type transformer winding[J].Applied Thermal Engineering, 2012, 40：121-131 .

DAGHRAH M, ZHANG Xiang, WANG Zhongdong, et al. Flow and temperature distributions in a disc type winding：partⅠ forced and directed cooling modes[J]. Applied Thermal Engineering, 2020, 165：114653.

梁义.自适应表面网格生成研究[D].杭州：浙江大学，2009 .

邓永清，阮江军，董旭柱，等.基于自适应网格控制的10kV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.

BERGER M J, OLIGER J.Adaptive mesh refinement for hyperbolic partial differential equations[J].Journal of Computational Physics, 1984, 53(3)：484-512.

施安峰.复杂地层油藏蒸汽注采数值模拟自适应网格法的研究[D].合肥：中国科学技术大学，2012.

杨夏勰，周春华.目标函数误差估算及网格自适应处理[J].空气动力学学报，2014，32(5)：688-693.

YANG Xiaxie，ZHOU Chunhua.Output-based error estimation and grid adaptation[J].Acta Aerodynamica Sinica，2014，32(5)：688-693.

杨振虎，周磊.基于误差估计的伴随网格自适应方法[J].航空计算技术，2011，41(3)：14-16.

YANG Zhenhu，ZHOU Lei.Output-based error estimation and grid adaptive mesh refinement[J].Aeronautical Computing Technique，2011，41(3)：14-16.

杨凯.三维欧拉流动的基于伴随方程的网格自适应模拟[D].南京：南京航空航天大学，2017.

BALAN A, PARK M A, ANDERSON W K.Adjointbased anisotropic mesh adaptation for a stabilized finiteelement flow solver[C]//AIAA Aviation 2019 Forum. Reston, VA, USA：AIAA, 2019：AIAA 2019-2949.

CUI Pengcheng, CHEN Jiangtao, LI Bin, et al. A widetemplate and high-accuracy data transfer method for unstructured adjoint-based grid adaptation[J].Journal of Physics：Conference Series, 2021, 1985(1)：012021.

陶文铨.传热学[M].5版.北京：高等教育出版社，2019.

BÖCKH P, WETZEL T.Heat transfer：basics and practice[M].Heidelberg, Berlin, Germany：Springer Berlin Heidelberg, 2012.

ANDERSON J D Jr.计算流体力学入门[M].姚朝辉，周强，译.北京：清华大学出版社，2010.

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/T 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

电力变压器振动产生机理及影响因素研究

超临界二氧化碳向心透平轮背间隙内风阻损失及流动特性研究

面向高海拔空冷发电机防晕性能演化规律的电热耦合研究

多工况下离心压气机叶轮-机匣一体联合设计优化

隧道内燃料电池汽车氢气泄漏扩散特性及影响因素