下载文档原格式
超高压电力变压器主绝缘电场计算杭晨辉;石沛峰;鲍金春【摘要】绝缘是电力变压器的重要组成部分,它影响着电力变压器的运行可靠性以及经济性.在超高压和特高压电力变压器绝缘设计中,主绝缘电场的分析计算是绝缘结构设计的主要内容,而变压器高低压绕组间的主绝缘电场分布是主绝缘结构设计的基础.分别使用数值计算法和解析法计算了110kV变压器高低压绕组间的主绝缘电场并对计算结果进行了比较,结果显示两种方法得到的计算结果吻合较好.最后对两种方法的特点进行了总结.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2011(049)006【总页数】3页(P50-51,54)【关键词】变压器;主绝缘电场;数值计算法;解析法【作者】杭晨辉;石沛峰;鲍金春【作者单位】内蒙古电力(集团)有限责任公司,内蒙古呼和浩特010020;内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司;内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司【正文语种】中文【中图分类】TM411 引言随着国民经济的发展，我国电力系统的电压等级及容量不断提高，对电力系统运行可靠性的要求也越来越高。
超高压电力变压器是电力系统中的主要设备之一，而绝缘是电力变压器的重要组成部分。
要保证超高压电力变压器运行可靠性和使用寿命，提高其经济效能，必须做好绝缘结构的设计。
外施电压下变压器主绝缘结构中的电场分布是主绝缘结构设计的基础，因此，对变压器主绝缘结构中的电场进行分析计算是十分必要的［1］。
由于结构、材料性质变化及运行工况的复杂性，变压器的电场问题基本上不能使用解析方法计算。
但是变压器绝缘结构的某些部位，其电场分布比较均匀，仍然可以使用解析法进行计算。
例如，变压器高低压绕组之间中部主绝缘电场是一个比较均匀的电场，可以采用解析计算法进行计算且精度能够满足工程需要。
近年来，随着计算机技术的进步，电场的数值计算发展很快。
有限元法具有灵活的单元剖分，在适应区域边界几何形状及媒质物理性质变异情况复杂的问题求解上［2］，有突出的优点。
哈尔滨理Ｔ人学Ｔ学硕．１：学位论文大电机主绝缘端部电场分析与数值仿真摘要改善电机绝缘体系的制造和设计水平，可以提高我国大电机制造和设计的整体水平。
单机容量不断攀升，额定电压不断提高，对大电机绝缘系统提出了更高的要求，对于额定电压等级为２６ｋＶ的定子线棒，如何设计合理的防晕结构，成为亟待解决的问题。
首先，本文从电路角度出发，建立了各种情况下电机端部电场计算的等效电路模型；开发了基于Ｍａｔｌａｂ语言的防晕层电位分布计算软件；定性地讨论了定子线棒的额定电压、防晕层的固有电阻率、非线性系数和防晕层长度等因素对电机端部电场分布的影响。
然后根据定子线棒的结构建立了电场仿真模型，利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ分析了三维情况下定子线棒的电场分布特性。
讨论了搭接结构和线棒转角大小对大电机端部电场分布的影响。
研究结果表明：由于线棒在空间中弯曲使转角内侧长度小于转角外侧，防晕层在转角位置内侧的电势、电场和损耗分布均高于外侧。
尤其线棒宽面上内外两侧的损耗，最大差值甚至在２倍以上。
延伸低阻区使其覆盖整个转角部分，可以消除线棒转角产生的不利影响，同时改善匝间电场分布。
搭接结构使该处场强值提高，但对其它部分电场无明显影响。
最后，通过ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ二次开发模块实现了遗传算法与有限元仿真分析的结合。
调用Ｍａｌｌａｂ遗传算法工具箱对额定电压等级为２６ｋＶ的定子线棒防晕结构进行了优化设计。
优化结果显示：在３倍额定电压的作用下，线棒端部最大场强仅为起晕场强的３６．７％，防晕层最大损耗和防晕层末端对导体电位均控制在了合理范围。
此项研究可为额定电压为２６ｋＶ的定子线棒防晕层优化设计提供参考。
关键词定子线棒；防晕层；遗传算法；电场分布哈尔滨理Ｔ人学Ｔ学硕：ｌ：学位论文ａｎｔｉ—ｃｏｒｏｎａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｔａｔｏｒｂａｒｗｈｉｃｈｍｔｅｄｖｏｌｔａｇｅｉｓ２６ｋＶｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｏｌｂｏｘｃａｌｌｅｄｂｖＭａｎａｂ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｔａｔｏｒｂａｒｅｎｄｉｎｇｉｓ３６．７ｐｅｒｃｅｎｔｏｆｃｏｒｏｎａｏｎｓｅｔｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌＯＳＳａｎｄｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆａｎｔｉ．ｃｏｒｏｎａａｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｉｎｔｈｅｎｏｒｍａｌｒａｎｇｅ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｉｓｒｅｆｅｒｒｅｄｔｏ２６ｋＶｓｔａｔｏｒｂａｒａｎｔｉ—ｃｏｒｏｎａｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｔａｔｏｒｂａｒ，ａｎｔｉ－ｃｏｒｏｎａｌａｙｅｒ，ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＩＩＩ哈尔滨理工人学丁学硕士学位论文图２．１２防晕层损耗分布图Ｆｉｇ．２－１２Ｌｏｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｎｔｉ－ｃｏｒｏｎａｌａｙｅｒ２．４防晕层电位、电场分布及损耗的计算与影响因素分析影响大电机端部电场分布的主要参数包括：定子线棒的额定电压、防晕层的固有电阻率、非线性系数，防晕层长度等，它们共同构成了ＳｉＣ防晕层的结构。
研究‘j开发超高压电力变压器绝缘计算刘建军(辽-7铁道职业技术学院，辽宁锦州121000)摘要本文对SFP400000／500超高压电力变压器的绝缘进行了仿真计算。
对主绝缘电场的计算应用有限元法，计算时将主绝缘电场场域划分为三个子区域，得出了各区域中的电位分布和电场强度分布，并计算了相关的绝缘裕度，找出了绝缘的薄弱环节。
对纵绝缘电场，建立了绕组在雷电过电压下的电路模型，分别计算了高、低压绕组在全波和截波作用下的电位分布和梯度分布，确定了梯度最大的油道，并计算了相应油道在的全波和截波下的绝缘裕度，为变压器绝缘设计和改进提供了理论上的参考依据。
关键词：变压器；主绝缘；电场强度；纵绝缘；绝缘裕度C a l cul at i on of t he I ns ul a t i on i n a E xt r a-hi gh V ol t a g P ow e r T r ans f or m erLi u Ji anj“肛(L i ao ni ng I nst i t ut e of R ai l w ay Technol o gy。
Ji nzh ou，L i aoni ng121000)A bs t r act I n t hi s paper，t he i nsul at i on el ect r i c f i el d i n a SFP400000／500e xt ra-hi gh vol t ag pow e rt rans for m er i s c al c ul a t e d s i m ul a t el y．The m ai n i nsul at i on el e ct r i c f i e l d is c al c ul at e d w i t h f i ni t e el em ent m et hod．t he m ai n i nsul at i on el ect r i c f i e l d ar e a is di vi ded i nt o t hr e e sub r egi ons t o c al cul at i on．The di st r i but i ons of el ect r i c pot ent i a l and t he el ect r i c f i el d i nt ensi t y i n di f f e r ent r egi ons ar e obt ai ned．ca l cul a t e d t he el ec t r i c f i e l d i nsul at i on m ar gi n of r e l at e d part s．For t he l ongi t udi nal i nsul at i on el ect r i cf i el d，es t abl i s he d ci r c ui t m od el of w i nd i ng und er t he ac t i on of t hun der l i ght ni ng e xt ra-hi gh vol tag，ca l cul a t e d t he i nsul at i on m ar gi n of cor res pond i ng oil r o ad under t he ac t i on of f ull w av e and chop ped w ave，and pr ovi ded t he t heor et i ca l r ef e re nce ba si s f or t he i nsul at i on des i gn and i m pr ove m ent．K ey w ords：t r ans for m er：m ai n i nsul at i on：el ec t r i c f i el d i nt e nsi t y：l ongi t udi na l i nsul at i on：i nsul at i on m ar gi n1引言绝缘设计是变乐器设计的主要和关键任务之500kV变压器在我国的席用最广泛，其绝缘设计的一，目前，变压器的绝缘设计还有许多问题需要解合理与否，对变压器运行的可靠性和经济性都有着决和完善，如：绝缘设计中设计裕度在各个部位不非常重要的意义。
变压器主绝缘电场的解析计算与数值计算
刘建军
【期刊名称】《沈阳工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(005)001
【摘要】解析计算法和数值计算法是变压器电场计算中常用的2种方法.通过对1台SFP一400000/500实际变压器的主绝缘中部电场采用2种方法分别进行了计算并加以比较,对解析计算法采用修正系数修正后,2种计算结果吻合较好.说明在一定条件下解析计算法可以替代数值计算法,使计算过程简化.
【总页数】3页(P56-58)
【作者】刘建军
【作者单位】辽宁铁道职业技术学院机械供电部,辽宁锦州,121000
【正文语种】中文
【中图分类】TM401
【相关文献】
1.DXF接口技术在变压器主绝缘电场分析专用软件中的应用 [J], 吕殿利;景崇友;赵浛宇;王建民;汪友华
2.电力变压器主绝缘结构对电场分布的影响 [J], 高有华;王少勃;高丹
3.电力变压器主绝缘电场的数值分析 [J], 刘凤英;韩磊;张喜乐;张萍;王浩名;张宇萌
4.220 kV牵引变压器电场仿真及主绝缘结构分析 [J], 马洪亮
5.超高压电力变压器主绝缘电场计算 [J], 杭晨辉;石沛峰;鲍金春
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
成绩：作业题目：干式变压器端部电场数值分析学生姓名：学号：指导教师：电气与电子工程学院高电压与绝缘技术目录1 绪论1.1干式变压器端部电场数值分析目的1.2干式变压器端部绝缘结构特点2二维电场数值计算有限元方法2.1二维电场边值问题与等价变分2.2 平面电场有限元方法及其实现3 干式变压器端部电场模型3.1 物理模型3.2 数学模型及其边界条件3.3 电场分析过程3.4 计算结果4 结果分析与讨论5 参考文献1 绪论1.1 干式变压器端部电场数值分析目的由于干式变压器本身具有防暴、非燃、不污染等特点，可用于矿山、油田以及高层建筑的供电系统。
根据我国目前各变压器厂家生产制造发的干式变压器使用寿命的主要因素是长期工作电压下绝缘结构的局部放电。
一般情况下，局部放电首先出现在绝缘结构的弱点处。
因此，在进行变压器产品设计和开放时，了解干式变压器线圈端部电场的特性，使其绝缘结构设计得趋于合理，可以延长干式变压器的使用寿命，提高其经济技术指标。
1.2 干式变压器端部绝缘结构特点干式变压器的绝缘结构是：在有外壳（或者称为包封）时，分为外部绝缘和内部绝缘，它的内部和外部绝缘都是空气绝缘。
在没有外壳时，它只有内部绝缘，内部绝缘又被分成主绝缘和纵绝缘。
主绝缘是指绕组（导电部分）对地部分绝缘（试验时一绕组接试验电压，另一绕组接地）；纵绝缘则指绕组的线匝间、层间和线段（浸渍式绕组）间的绝缘。
对引线及分接开关间的绝缘，也适用同样的划分方法。
图1-1 干式变压器线圈端部绝缘结构干式变压器线圈端部绝缘结构如图1-1所示。
干式变压器的绝缘介质主要是空气，其相对介电常数ε=1。
在高压线圈的端部和外表面有一定厚度的固体包封材料，其相对介电常数ε=4.5。
绝缘介质承受的电场强度与介质的相对介电常数成反比。
故在电场的作用下，空气绝缘介质承受较大的场强。
由于干式变压器本身结构特点，故其端部是非对称的不均匀电场。
电力线穿过两种介质，即空气和固体包封绝缘，在空气和固体绝缘介质的分界面上存在电场的切向分量，也就是说，沿着高压线圈端部或者拐角处的包封绝缘表面有电场的切向分量，这是较典型的滑闪型结构。
变压器绝缘电阻及吸收比、极化指数检测绝缘电阻试验是对变压器主绝缘性能的试验，主要诊断变压器由于机械、电场、温度、化学等作用及潮湿污秽等影响程度，能灵敏反映变压器绝缘整体受潮、整体劣化和绝缘贯穿性缺陷，是变压器能否投运的主要参考判据之一。
1．绝缘电阻的试验原理变压器的绝缘电阻对双绕组结构而言是表征变压器高压对低压及地、低压对高压及地、高压和低压对地等绝缘在直流电压作用下的特性。
它与上述绝缘结构在直流电压作用下所产生的充电电流、吸收电流和泄漏电流有关。
变压器的绝缘结构及产这三种电流的等效电路如图2—6所示。
图2—6 绝缘介质的等效电路U-一外施直流电压；C1一等值几何电容；C、R一表征不均匀程度和脏污等的等值电容、电阻；Rl 一绝缘电阻；iC1－电电流；iCR一吸收电流；iRi一泄漏电流；i一总电流(1)充电电流是当直流电压加到被试晶上时，对绝缘结构的几何电容进行充电形成的电流，其值决定于两极之间的几何尺寸和结构形式，并随施加电压的时间衰减很快。
当去掉直流电压时相反的放电电流。
电路中便会产生与充电电流极性(2)吸收电流是当直流电压加到被试品上时，绝缘介质的原子核与电子负荷的中心产生偏移，或偶极于缓慢转动并调整其排列方向等而产生的电流，此电流随施加电压的时间衰减较慢。
(3)泄漏电流是当直流电压加到被试品上时，绝缘内部或表面移动的带电粒子、离子和自由电子形成的电流，此电流与施加电压的时间无关，而只决定于施加的直流电压的大小。
总电流为上述三种电流的合成电流。
几种电流的时间特性曲线如图2—7所示。
图2—7直流电压作用下绝缘介质中的等值电流i－总电流；i1－吸收电流；i2充电电流；i3泄漏电流变压器的绝缘电阻是表征同一直流电压下，不同加压时间所呈现的绝缘特性变化。
绝缘电阻的变化决定于电流i的变化，它直接与施加直流电压的时间有关，一般均统一规定绝缘电阻的测定时间为一分钟。
因为，对于中小型变压器，绝缘电阻值一分钟即可基本稳定；对于大型变压器则需要较长时间才能稳定。
