1200KV变压器高压引线绝缘电场的数值分析.docx

1200KV变压器高压引线绝缘电场的数值分析摘要：根据1200KV变压器高压引线绝缘构造的特点，分别建立了高压引线拐弯部位电场、靠近高压绕组的屏蔽引线电场和高压套管均压球电场的模型，并利用有限元方法进展了二维平面和轴对称场的数值分析，为合理设计和确定1200KV变压器高压引线绝缘构造提供了理论数据。关键词：变压器高压引线电场数值分析随着国内外电力工业的开展，电站及发电设备的容量也在不断增加，为了经济合理地利用能源，进展远间隔输电已不可防止，在国外，美国、意大利、俄罗斯等国家百万伏级特高压变压器的研制已有近三十年度的时间，并已具备消费才能和形成了百万伏级特高压输电线路，在国内，专家预测我国在本世纪有望出现百万伏级特高压输电线路，因此，进展百万伏级变压器的开发研究特别必要。根据天威集团公司并联电抗器试验要求和将来技术开展情况，公司于1999年度立项并开场进展百万伏级特高压变压器的研制工作，其中，1200KV高压引线绝缘构造确实定和绝缘电场分析是研究的关键内容之一，因此，对于具有复杂的几何形状和三维复合绝缘构造的高压引出线系统，在分析高压引线构造并合理简化的根底上，建立工程上可求解的模型并进展绝缘电场的数值分析和构造优化特别重要。1建立模型研制变压器的高压侧施加沟通工频1390KV的电压，高压出线方式可以采取可卸式引出线构造或者直接式引出线构造。本文针对前者建立模型和分析，如图1为可卸式引出线典型构造图，由图1高压可卸式引线构造示意图图可知，高压引出线绝缘构造的分析实际上是一个含有油、纸绝缘和金属电极在内的多介质、复杂几何构造形状的三维电场问题，但在知足工程构造设计要求的前提下，为了减少计算工作量和缩短计算周期，对高压引出线绝缘构造的电场分析进展合理简化特别必要，为此，作者分别建立了如下三个可求解的模型：1高压引线拐弯部位的平面电场模型下称模型1，图1中APBCDEFGQHA区域；第一类边界条件：边界PB、BC、CD、DE、FG、GQ，电位为0.0kV；高压引线电极及套管均压球，电位为1390kV；其余为二类边界条件.2靠近高压绕组的屏蔽引线轴对称电场模型下称模型2，图1中APBCNMIA区域；第一类边界条件：边界PB、BC、CN，电位为0.0kV；高压引线电极，电位为1390kV；其余为二类边界条件.3高压套管均压球的轴对称电场模型下称模型3，图1中KLGOK区域;第一类边界条件：边界LG，电位为0.0kV；高压引线电极及套管均压球，电位为1390kV，瓷套外表电位按线性分布考虑；其余为二类边界条件.2数值分析利用有限元方法，分别计算了高压引线拐弯部位、靠近高压绕组的屏蔽引线和高压套管均压球三个模型的电场分布。根据模型1可以确定高压引出线构造的电场整体分布近似解和电场较集中的发生部位；利用模型1的数值分析结果和模型2、模型3，可以给出部分电场集中部位较详细的数值分析结果。2.1高压引线拐弯部位平面电场模型的数值分析如图2是高压引线拐弯部位电场含靠近高压绕组的屏蔽引线部位的等位线分布图，计算图2高压引线拐弯部位电场含屏蔽引线的等位线分布结果说明，在靠近高压绕组的屏蔽引线部位和高压套管均压球部位的电场分布较集中，其部分最大电场强度发生位置分别在靠近高压引线的屏蔽上下拐角部位和套管均压球圆角部位，其最大电场强度值分别为8.42kV/mm和3.62kV/mm。2.2靠近高压绕组的屏蔽引线轴对称电场模型的数值分析从图1可知，靠近高压绕组的屏蔽引线绝缘构造具有轴对称性，因此，模型2较模型1更能准确地反映实际的电场分布，为进一步确认两种模型电场强度计算结果的数量关系，在一样的计算条件下，表1给出了模型1和模型2在一样位置电场强度计算结果的比拟。从表中数据可知，固然模型1和模型2在点1点4的最大场强值接近，但平面场模型1的结果与同轴圆柱电场随半径增加而减小的关系不一致，因此，模型1不能给出靠近高压绕组的屏蔽引线较准确的电场分布结果。表1模型1和模型2的电场强度结果比拟Kv/mm位置引线电极附近屏蔽电极附近点1点2点3点4模型1场强值5.05.08.457.69模型2场强值8.628.435.654.73利用薄纸筒、小油隙的设计理论，通过在引线电极周围布设多层绝缘纸板来分割油隙和合理控制屏蔽接地电极与引线电极之间的绝缘间隔，并利用模型2进展绝缘电场的数值分析，可以得到如图3所示的屏蔽引线电场的等位线分布，最大电场强度出如今靠近引线电极的第一油隙内，其值为8.62kv/mm。图3靠近高压绕组的屏蔽引线电场的等位线分布2.3高压套管均压球轴对称电场模型的数值分析为了确定套管均压球最正确绝缘构造和电气绝缘强度，利用模型3详细计算了高压套管均压球的电场分布和构造尺寸如：均压球的圆弧半径、升高座的内径变化对最大电场强度的影响，并选择了一种套管均压球的最正确绝缘构造尺寸。如图4是高压套管均压球电场的等位线分布，计算结果说明，最大电场强度出如今套管均压球电极外侧圆弧部位，其最大电场强度值受圆弧半径变化的影响如图5所示。根据变压器油纸绝缘构造设计理论，油是绝缘的最薄弱环节，其许用电场强度确实定受油隙长度、电极外表绝缘厚度、油隙所处部位等因素有关，因此，在套管均压球的设计中，均压球电极圆弧部位的许用电场强度值大于直线部位的许用电场强度，二者比值约为1.5。图4高压套管均压球电场的等位线分布图5均压球圆弧部位的最大场强随其圆弧半径的变化由于均压球电极直线部位的电场强度直接与升高座内径有关，因此，图6给出了均压球电极直线部位的最大电场强度随升高座内径变化的曲线，均压球圆弧部位的最大电场强度受升高座内径尺寸变化的影响相对较小，不在给出。根据图5、图6的计算结果和对应的电场强度许用值，经过比照分析，最后选择了图4、图5中的横坐标为1.0作为图4、图5中横坐标的参考基值的方案，其圆弧部位的最大电场强度为3.999kV/mm，直线部位的最大电场强度为2.696kV/mm.图6均压球直线部位的最大场强随升高座内径的变化对1200KV变压器高压引出线构造分别建立了不同部位的简化模型，并对模型本身和构造尺寸对计算结果的影响做了分析比拟；通过绝缘电场的数值分析，得到了最大电场强度值及其发生部位，并初步确定了1200KV高压引出线的绝缘构造尺寸。