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1、第5卷第1期沈阳工程学院学报(自然科学版)Vol5No12009年1月JournalofShenyangInstituteofEngineering(NaturalScience)Jan.2009变压器主绝缘电场的解析计算与数值计算刘建军(辽宁铁道职业技术学院机械供电部,辽宁锦州121000)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-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
2、替代数值计算法,使计算过程简化.关键词:变压器;电场强度;解析计算;数值计算中图分类号:TM401文献标识码:A文章编号:1673-1603(2009)01-0056-03在变压器电场计算的众多方法中,数值计算法是频电压进行计算.目前被广泛使用的方法之一,也是计算精度较高的计全波冲击电压工频电压=(1)算方法之一,可用于各种场域形状变化较大和非线性2冲击系数[1]度较大的电场的计算,在大型变压器的设计计算中应其中,冲击系数一般取1.6~1.8.按上式将1550用较多.但是数值计算法计算量大,同样的计算,花费kV
3、的全波冲击电压折合出来的工频电压在608~685时间更长,对计算设备要求也更高.解析计算法对于场之间,按680kV对主绝缘进行考核,能够满足要求.域不太复杂的电场,有着直观、方便、快捷的特点,在工程计算中经常被采用.例如,变压器主绝缘电场的高、低压线圈之间中部的电场是一个比较均匀的电场,其场强计算可以采用解析计算法方便地进行计算,计算结果既可以满足工程需要,且能较好地与数值计算结果吻合,同时又简化了计算过程.1变压器主绝缘中部电场的数值计算图1是1台SFP400000/500变压器的线圈布置图,线圈排列为:铁心-低压线圈-高压线圈.高压线
4、图1线圈布置圈中部出线,低压线圈端部出线.主空道距离如下:铁变压器电场是个三维场,但是由于变压器电场存心至低压线圈间距离为38mm;铁心到低压线圈之间在对称性,因此把它近似为二维电场计算完全可以满的油道和纸筒排列顺序为足工程上的需要.以下把变压器电场近似为二维电场61.5386.567计算.先建立变压器主绝缘计算简化模型如图2所示,其中上面的小字为纸筒厚度,下面的大字为油道距离;设其求解的区域为,则对变压器电场的求解可归纳低压线圈至高压线圈间距离为107mm;低压线圈到高为如下的边值问题22压线圈之间的油道和纸筒排列顺序为
5、:2+2=03322222378999999xy487S1:=0高压线圈绝缘水平为工频680kV,冲击全波为S2:1550KV.对于全波冲击电压,可按公式(1)折合成工n收稿日期:2008-04-25作者简介:刘建军(1963-),男,辽宁锦州人,高级讲师,工学硕士.第1期刘建军:变压器主绝缘电场的解析计算与数值计算57式中,为定解场域;S1为第一类边界,电位已知的边路径,沿此路径的电场强度分布曲线如图5所示.由图界;S2为第二类边界,电位法向导数为0的边界.5可以看出,沿ab路
6、径上的电场强度在a点处最大,应用有限元计算,首先要将上述偏微分方程边值即中部区域的最大电场强度在高压绕组的内表面,最问题等价为如下的条件变分问题大值是9.1kV/mm.其绝缘裕度为22111.8W[]=2+2dxdy=min裕度==1.30(2)2xy9.1S1:=0式中,W()为能量泛函,由能量泛函取极值即可确定函数.图2主绝缘电场模型将主绝缘区域分成上端部、下端部和中部3个区2变压器主绝缘中部电场的解析计算域分别进行计算.中部区域计算模型如图3所示.由于中部区域的电场是比较均匀的电场,利用有限元法进SF
7、P400000/500变压器的结构为薄纸筒小油道结构,纸筒厚度都在2~4mm之间,油道宽度都小于行计算比较方便.区域的左边界为铁心外表面,电位为15mm.在工频和冲击电压下,其最小击穿电压可以根0,右边界为高压绕组,电位为外加试验电压680kV,[4]左右2个边界都属于第一类边界.上、下2个边界与电据多层介质平板电容器公式做近似计算,计算公式位线垂直,满足电位的法向导数为0的条件,都属于第如式(3)所示.0Umin=Emind0+dp(3)p其中,d0为油间隙总距离,mm;dp为纸板总厚度,mm;0为油的介电常数,取2.2;
8、p为纸板的介电常数,取4.4;Emin为分割后油隙的最小击穿场强.当取高压绕组入波电压为680kV时,由式(3)可求得油道中的场强为U680E===7.12(4)图
