电力变压器主绝缘电场仿真软件的二次开发及应用

摘要

电力设备运行故障统计表明，绝缘结构的损坏是导致变压器故障的主要原因之一，因此，提高变压器运行的可靠性和进行绝缘结构的合理设计，就成为变压器设计极其重要的内容。变压器绝缘可靠性的判断不仅取决于电场强度还与其他因素有关，目前，在变压器绝缘设计中普遍采用绝缘裕度作为判据。然而，市场上较流行的通用电场仿真软件一般只能给出电场分布和最大电场强度，并不能提供有关绝缘裕度的计算功能，所以，在通用软件基础上进行电力变压器主绝缘电场及绝缘裕度等的二次开发与应用研究具有重要的现实意义和应用价值。 在此背景下，本文首先利用Visual Basic语言对通用电场仿真软件Elecnet进行了二次开发。通过VB编程与调用ElecNet封装的库函数，成功地实现了提取由有限元法得到的各单元电场强度及各节点电位值等的场量值信息。在此基础上，建立了利用等电通量绘制电力线的方法，并采用全域电力线扫描法计算了每条电力线上或油纸交界面上与油隙长度有关的电场强度值和最小绝缘裕度。通过解析值、实测值与计算值的比较，检验了二次开发功能的有效性，为变压器绝缘设计提供了可靠的分析手段。 然后，运用二次开发软件对典型变压器二维和三维主绝缘电场及绝缘裕度进行计算与应用研究，得到了绝缘薄弱部位与试验击穿现象一致的结论。在此基础上对影响绝缘可靠性的因素进行了分析研究，并对高压、中压绕组端部绝缘结构进行了局部改进和最小绝缘裕度的计算分析，使该产品顺利通过了各项绝缘试验。 最后，运用二次开发软件对变压器高压套管均压球区域电场及绝缘裕度进行了计算与应用分析，找到了电场和绝缘裕度的分布规律，并对影响模型绝缘可靠性的结构参数进行了研究，得到了指导产品设计的应用结论。由此，进一步表明了ElecNet二次开发软件的工程应用价值。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.2.1 电力变压器的研究现状与发展趋势

1.2.2 变压器电场分析的研究现状与发展趋势

1.2.3 变压器电场计算软件的研究现状与发展趋势

1.3 本课题研究的主要内容

第二章 电场仿真软件的二次开发及验证

2.1 静电场基础理论

2.1.1 静电场基本方程与场域分界面衔接条件

2.1.2 电位泊松方程和拉普拉斯方程

2.1.3 电场中常用边界条件

2.2 通用仿真软件ElecNet及其脚本简介

2.2.1 ElecNet的主要功能与操作步骤简介

2.2.2 ElecNet 脚本应用简介

2.3 ElecNet 软件的二次开发

2.3.1电力线的绘制原理及实现方法

2.3.2主绝缘电场和裕度的求解原理及实现方法

2.3.3 油纸交界面切向场强和裕度的求解原理及实现方法

2.3.4 二次开发软件的主要功能

2.4 二次开发软件的验证

2.4.1 不同方法的电场验算

2.4.2 局部放电起始电压实验模型的计算分析

2.4.3 对油纸交界面的爬行放电实验模型的计算

2.5 本章小结

第三章 电力变压器主绝缘电场的仿真应用研究

3.1 有限元分析原理

3.2 典型电力变压器主绝缘电场模型的建立

3.3 典型电力变压器主绝缘电场及裕度的应用研究

3.3.1 器身主绝缘电场及裕度的应用研究

3.3.2 油纸交界面切向电场及裕度的应用研究

3.4 影响因素分析

3.4.1 覆盖电极的绝缘纸厚度对电场可靠性的影响

3.4.2 角环对电场可靠性的影响

3.5 主绝缘结构的改进

3.5.1 改进后主绝缘电场及裕度的计算

3.5.2 主绝缘结构改进前后的电场计算结果比较

3.6 本章小结

第四章 电力变压器三维主绝缘电场的计算与分析

4.1 三维有限元解法

4.2 电力变压器三维模型的建立

4.3 三维电场和裕度的计算与分析

4.4 二维与三维电场计算结果比较

4.5 本章小结

第五章 电力变压器高压套管引线电场计算与应用分析

5.1 高压套管均压球区域模型的建立

5.2 高压套管均压球区域电场计算与应用分析

5.2.1 电场的求解

5.2.2 主绝缘裕度的求解

5.3 二次开发软件与专用软件计算结果的比较

5.4 高压套管均压球区域的绝缘结构优化

5.5 套管底端三维模型的建立及计算分析

5.5.1 套管底端三维模型的建立

5.5.2 三维电场的计算与分析

5.6 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢