随着电力变压器单台容量和电压等级越来越高,随之带来的损耗过大、热点温升超标问题成为工程制造者关注的热点问题之一。同时,大容量电力变压器主要采用油浸冷却方式,为了降低运行成本及防止“油流带电”,80%以上采用自然油循环冷却方式,自然油循环变压器流动的动力为热浮升力,散热源绕组的冷却路径和散热源散热器的油流路径自成一体,内部油流路径复杂,而其内部损耗以及油流分布是影响热点温升的关键因素,因此,开展针对自然油循环变压器的油流分布以及温度场研究具有重要的理论和现实意义。本文从损耗建模计算,油流建模和特性分析,以及热点温升的计算和研究等三个方面进行了深入分析和系统研究,主要创新成果和工作如下:(1)针对变压器损耗计算以及由于漏磁集中可能引起的局部过热问题,建立了考虑趋肤效应的三维时谐非线性涡流场计算模型,对变压器漏磁场以及结构件杂散损耗进行了详细的分解计算,并通过与实验数据的对比分析,验证了本文方法的正确性;针对一种新型的器身磁屏蔽—压板嵌入式磁屏蔽,全面系统地分析了压板嵌入式磁屏蔽对自身磁路和损耗分布的影响,通过改变压板嵌入式磁屏蔽的厚度以及绕组与嵌入式磁屏蔽的间距提出了16套设计方案对压板嵌入式磁屏蔽进行优化分析,为该嵌式磁屏蔽结构的技术产业化提供了依据。(2)针对自然油循环变压器内部传热以及油流特性问题,建立了基于有限体积法的自然油循环变压器绕组区域油路模型,分析了其在不同运行工况下的油流分配情况以及油流特性,研究单独考虑单个绕组以及考虑整体模型对动力源确定的影响,使得计算模型更加合理,提高了油流分析的精度,并综合考虑了不同垫块个数、撑条厚度等结构因素对绕组油流特性的影响,为变压器绕组区域油路的优化设计提供了依据。(3)建立了变压器绕组区域温升计算的三维有限体积数值分析模型,基于电磁场、油流场以及温度场的多场耦合分析方法确定绕组区域热点温升,这种方法考虑了温度对材料特性的影响,更加合理的描述了磁-流体-热之间的耦合现象,计算热点温升与实验测量结果基本吻合,在此基础上,研究不同垫块个数以及不同撑条厚度对绕组区域温升的影响规律,为变压器的热设计提供了重要参考。(4)建立了变压器整体油路模型,通过利用多孔介质模型的简化计算得到变压器整体油路特性,得到结构件表面对流换热系数,在此基础上进行电磁场和温度场的耦合分析,确定结构件热点位置以及温升,并与实验数据进行验证,为对流换热系数的计算以及结构件热点温升的确定提供了新思路。(5)提出了三种针对嵌式磁屏蔽的冷却油路模型,对比分析其油流和温升特性,为嵌式磁屏蔽本身的油路设计提供了重要参考;为验证本文设计方法的工程实用性,运用本文方法针对一台实际自然油循环变压器产品器身磁路以及绕组区域油路进行优化设计,最终改善了变压器结构件以及绕组温升,设计产品通过试验考核。