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變壓器絕緣設(shè)計(jì)可靠性（耐壓儀）

隨著變壓器電壓等級(jí)的不斷提高，絕緣設(shè)計(jì)可靠性問題會(huì)愈來愈突出，如何使設(shè)計(jì)出的絕緣系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)合理又有較高的局部放電起始電壓，保證在各種耐壓試驗(yàn)情況下、過電壓情況下和正常工作電壓情況下，絕緣沒有損傷，已成為當(dāng)前變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新的指導(dǎo)思想。

　　現(xiàn)有的變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)價(jià)方法可分為經(jīng)典解析公式法和數(shù)值計(jì)算法。當(dāng)場域幾何形狀較為簡單時(shí)，無論用上述哪一種方法，均能得到場域中與油隙無關(guān)的zui大電場強(qiáng)度比較的解答。在交流電壓作用下的油紙絕緣系統(tǒng)中，絕緣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要是油隙絕緣強(qiáng)度和固體、液體交界面絕緣強(qiáng)度。但由于油隙絕緣強(qiáng)度隨本身長度呈指數(shù)規(guī)律變化，因此，利用上述方法即使得到了與油隙長度無關(guān)的局部zui大電場強(qiáng)度，有時(shí)很難對(duì)絕緣系統(tǒng)整體可靠性做出評(píng)價(jià)，也難以使絕緣電場的分布均勻程度得到提高。

　　本文利用有限元、全域掃描和插值運(yùn)算等數(shù)值方法，對(duì)變壓器絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行以提高局部放電起始電壓為目標(biāo)的優(yōu)化分析，將場域中沿逐條電力線各單元的與油隙長度無關(guān)的局部電場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為與油隙長度有關(guān)的平均電場強(qiáng)度，并將其與相應(yīng)的許用值曲線進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)價(jià)，并在WINDOWS下開發(fā)了工程設(shè)計(jì)可用的變壓器主絕緣、端絕緣優(yōu)化與可靠性評(píng)價(jià)計(jì)算軟件,實(shí)現(xiàn)了與油隙長度有關(guān)的電場強(qiáng)度發(fā)生值、許用值和絕緣裕度等的圖形分布曲線輸出，并利用解析法和模型試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)了計(jì)算方法和工程分析軟件的正確性，為高壓變壓器絕緣結(jié)構(gòu)自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與可靠性分析提供了方便、實(shí)用的數(shù)值計(jì)算工具。

　　2 變壓器油許用電場強(qiáng)度的確定

　　在變壓器油紙絕緣系統(tǒng)中，油是絕緣的zui薄弱環(huán)節(jié)，其容許電場強(qiáng)度的確定在很大程度上影響著整個(gè)絕緣系統(tǒng)的可靠性水平。影響變壓器油許用電場強(qiáng)度的因素主要有：油隙長度、絕緣試驗(yàn)的類型、電極表面有無絕緣及絕緣厚度、油隙所處部位、油中含水量、含氣量和其它品質(zhì)、油的流動(dòng)速度、電場強(qiáng)度的計(jì)算方法及計(jì)算機(jī)軟件的準(zhǔn)確度等。

　　由于許用電場強(qiáng)度的確定與上述諸多因素有關(guān)，變壓器制造業(yè)的國內(nèi)外諸多廠家進(jìn)行了各種各樣的模型試驗(yàn)和理論研究，付出了極大的代價(jià)。本文內(nèi)容利用了瑞士魏德曼公司對(duì)變壓器油絕緣模型的局部放電起始電壓與油隙長度的概率統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，并建立了局部放電起始平均場強(qiáng)與油隙放起始電壓。

　　圖4為當(dāng)高壓電極直徑為 20mm時(shí)，局部放電起始電壓的計(jì)算結(jié)果；圖5為當(dāng)高壓電極直徑為 80mm時(shí)，局部放電起始電壓的計(jì)算結(jié)果；表1為計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的比較。