500kv电力变压机主绝缘电场概述

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1、500kV电力变压机主绝缘电场概述第一章绪论1.1本文研究的目的及意义在变压器绝缘结构中，由于绕组结构和出线周围电场分布的特殊性，容易使该处变成绝缘的薄弱环节，本文利用软件仿真对500kV电力变压器的重要区域的电压、电场分布进行分析，给出最大场强的位置，并对相应区域电场进行了研究，从而为500kV电力变压器绕组绝缘和出线绝缘结构设计提供参考。随着我国的国民经济的不断发展和大型工业的增多，对电能质量的要求也越来越严格，保证良好的电能质量变压器是关键。电力变压器对远距离电能传输起到升压的作用，保证了良好的经济性。在配电网中，变压器能够很好的配合各种大小调度，保证了电能的灵活分配。随着时代的进步更

2、高电压等级的电力变压器才是电力发展的主流之一[1~3]。在电力变压器发展历程中，500kV等级的电力变压器正在日益成熟，在输变电系统中起着非常重要的作用，是一些超高压电网中的重要枢纽。所以说，保证500kV电力变压器的安全稳定的运行，是避免电网发生事故的关键之一[4]。对于电力变压器而言，保障其安全稳定的运行，关键是变压器内部主要区域绝缘结构的合理设计[5]。因此本文对500kV电力变压器关键区域进行电场分析计算，对实际电力变压器的发展有着一定的意义。由于变压器绕组是关于铁芯的轴对称的，在进行绕组电场分析时，二维和三维电场对该区域的电场分析的准确程度影响不大，所以该区域用二维电场分析。在分析

3、高压引线区域电场时，引线电压很高和其周围环境复杂，造成该处电场极不均匀[6]，这些都会导致二维电场分析的不准确性。为了得到一个全面而又准确的变压器引线区域周围电场结果，就有必要对它进行三维有限元分析。1.2国内外的研究现状随着人类社会的不断进步和经济的快速发展，国内外电力变压器都得到了快速的发展，电力变压器其电压等级从最初的10kV提高到现在的1500kV以上，容量从开始的1.4kVA增加到目前的1000MVA以上[7][8]。国外电力变压器领域主要由以下几个集团为代表：乌克兰扎布洛斯变压器厂，年生产能力100GVA；ABB公司旗下的一些电力变压器厂已有每年生成容量为80~100GVA的能力

4、，俄罗斯、英国和法国年成产能力也达到了40GVA，日本各个电力变压器厂总和的年生产能力比俄英法略高出一些达到了65GVA。这些公司具有代表性的系统产品有：1150kV、1200MVA。我国的变压器已有将近百年的历史了，从制造水平上来讲，从开始的只能制造小型的变压器，到20世纪50年代仿制前苏联的35kV以下的变压器，最后自主研发制造110kV和220kV的电力变压器，直到70年代末我国才开始尝试更高电压电力变压器的制造，通过我国引进先进技术和自主创新发展，如今我国在制造设计电力变压器能力方面以达到了世界领先水平[9]。我国在电力变压器技术方面也得到了突飞猛进的发展，我国的特高压变压器已经在实

5、验示范工程中成功运行，直流输电±800kV换流变压器已经成功的投入运行，并生产出一批特高压产品：1000kV、40万kVA发电机变压器，1000kV、150万kVA的交流变压器，特高压直流输电±1100kV换流变压器，这些产品都完成了试验阶段，我国发展特高压变压器和特高压直流换流变压器是我国电力方面的一个长期任务。此外，智能变压器、变压器大型化、变压器的节能、变压器的环保性能和可靠性能都是变压器长期发展的趋势[10]。第二章有限元法及相应软件介绍2.1有限元法基本概述从实际应用上看，有限元法和里兹法是等效的，有限元法属于里兹法的范畴，很多问题的有限元方程都能利用变

6、分原理来进行建立的。有限元法区别里兹法在于有限元法采用了离散处理，它比里兹法计算更简单，处理的问题更为复杂，所以有限元法具有更广泛的实用价值[34]。在实际中，有限元法主要用于电磁计算、温度场分析、流场分析、动态分析、线性静力分析、非线性分析和模拟过程仿真等。有限元方法求解电场问题的变分原理的基础上，有以下几个过程[35]：(1)将求解问题转化变分问题：从所需求解的边界条件问题出发，把待解问题通过变分原理进行等价转化，进而把复杂的边值问题转换成相对简单的泛函极值问题。(2)单元剖分：将整个的求解区域划分成一系列的子区域，每个子区域为一个单元，每个单元的顶点成为节点。(3)选择单元插值函数：选

7、择每个单元的插值函数去逼近整个求解域的电势函数。(4)变分问题离散化：把每个单元的电势差值函数代入能量泛函，得到n阶方程组，未知数n为节点数。(5)求解代数方程组：先用强加的边界条件修改代数方程组，然后求解代数方程组，得出场域内各个节点处的电势近似解，并计算得出各个节点和单元的电场强度。(6)结果分析：对结果进行所需的后处理，得到预期的结果。2.2电场问题的有限元法二维单元网格都是由平面和曲面组成的，每个单元