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换流变压器绕组端部电场分析与优化

作　者: 李晓辉
导　师: 李岩
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 换流变压器直流电场极性反转电场三维电场有限元优化
分类号: TM42
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

高压直流输电由于具有线路造价低且损耗小、系统稳定性强、适用于远距离大容量电力输送以及容易实现非同步电网间互联等优点,使得其在我国得到了迅速的发展。换流变压器作为直流输电的关键设备,其运行可靠性对系统稳定运行至关重要。相对于交流输电所用的电力变压器,换流变压器不仅承受交流电压的作用,还承受直流电压和极性反转电压的作用。在直流电压和极性反转电压作用下的换流变压器内部电场分布规律不同于普通电力变压器,对其进行深入研究具有重要意义。本文主要针对±500kV换流变压器绕组端部绝缘结构进行了分析计算。包括直流电场、极性反转电场、三维电场和角环圆角半径优化。给出了计算非线性各向异性直流电场的方法。计算了考虑电场强度和温度对电导率的影响时的电场分布,以及考虑层压纸板的正交各向异性时电场分布。分析了模型结构和材料特性对长时直流电场的影响,以及材料特性和反转时间长短对极性反转电场的影响。计算了各向同性极性反转电场和正交各向异性极性反转电场。给出了计算三维电场的建模方法及网格剖分技巧。分别计算了三维交流电场、直流电场和极性反转电场,并与二维计算结果进行了对比。针对角环圆角半径进行了优化给出了参数化模型的建立方法及有限元法和优化算法结合的方法。最后,对优化结果进行了绝缘裕度的分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-15
  1.1 课题研究的目的和意义  11-12
  1.2 课题的国内外研究现状  12-14
  1.3 课题的主要研究内容  14-15
第二章换流变压器绕组端部直流电场分析  15-25
  2.1 换流变压器电场分布的特殊性  15
    2.1.1 换流变压器的特点  15
    2.1.2 绝缘介质中电压分布的物理解释  15
  2.2 非线性各向异性直流电场数学模型  15-17
  2.3 非线性直流电场计算方法  17-20
    2.3.1 考虑电场强度对电导率的影响  17-19
    2.3.2 考虑温度对电导率的影响  19-20
  2.4 仿真实例  20-24
    2.4.1 简化的计算模型介绍  20
    2.4.2 边界条件及试验电压的确定  20-21
    2.4.3 结果分析  21-24
  2.5 小结  24-25
第三章换流变压器绕组端部极性反转电场分析  25-38
  3.1 激励电压及后处理程序  25-27
    3.1.1 长时直流耐压试验电压  25-26
    3.1.2 极性反转试验电压  26-27
    3.1.3 后处理程序说明  27
  3.2 复合介质中瞬态电场的数学模型  27-28
    3.2.1 数学模型的建立  27-28
    3.2.2 瞬态电场边值问题  28
  3.3 直流电场趋于稳态所需时间的影响因素及瞬态过程分析  28-32
    3.3.1 模型结构对长时直流电场的影响  29-31
    3.3.2 材料特性对长时直流电场的影响  31-32
  3.4 极性反转瞬态过程分析  32-33
    3.4.1 材料特性对极性反转电场的影响  32
    3.4.2 极性反转时间长短对电场分布的影响  32-33
  3.5 换流变压器绕组端部极性反转电场分析  33-36
    3.5.1 各向同性极性反转电场  33-36
    3.5.2 正交各向异性极性反转电场  36
  3.6 小结  36-38
第四章换流变压器绕组端部三维电场分析  38-46
  4.1 建模及网格划分  38-40
    4.1.1 电场模型的建立  38-39
    4.1.2 PRO/E 模型导入ANSYS 方法  39
    4.1.3 模型的网格剖分  39-40
  4.2 电场分析  40-44
    4.2.1 加载激励及边界条件  40-41
    4.2.2 三维交流电场分析  41-42
    4.2.3 直流电场分析  42-43
    4.2.4 极性反转电场分析  43-44
  4.3 二维与三维计算结果对比  44
  4.4 小结  44-46
第五章换流变压器绕组端部角环优化  46-56
  5.1 主绝缘结构的有限元分析模型  46-47
  5.2 优化分析的数学模型  47-48
  5.3 ANSOFT 求解精度的控制及优化工具介绍  48-50
    5.3.1 求解精度的控制  48-49
    5.3.2 优化工具介绍  49-50
  5.4 优化方法的比较分析  50-51
  5.5 优化结果分析  51-53
    5.5.1 静电环圆角半径的参数化分析  51-52
    5.5.2 角环半径的优化分析  52-53
  5.6 绝缘裕度分析  53-55
  5.7 小结  55-56
第六章结论与展望  56-57
参考文献  57-60
在学研究成果  60-61
致谢  61

换流变压器绕组端部电场分析与优化

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