高压SF6电流互感器三维电场数值计算与优化设计

论文摘要

SF6气体绝缘电流互感器由于绝缘气体本身特性,其内部电场分布的均匀程度和电场强度分布必须严格控制,以保证其高绝缘特性。而电场计算是SF6气体绝缘电流互感器绝缘分析的重要手段。高压SF6电流互感器总体结构为“T”型结构,一次导体和二次绕组构成“T”型结构顶端的同轴圆柱体,而二次引线经过低电位的引线屏蔽管引至下部的底座,构成“T”型结构下部。为改善壳体与引线管间电场分布,在瓷套与壳体连接处瓷套内部加装屏蔽罩,该屏蔽罩与二次引线管间近似构成同轴圆柱电场。两同轴圆柱电场相贯而形成复杂三维电场,其中二次绕组与其引线屏蔽管垂直正交。电流互感器场域结构复杂,为进行绝缘分析与结构设计,本文以220kV SF6电流互感器实际产品结构为研究对象,采用有限元数值求解方法,建立了复杂结构含SF6、绝缘瓷套、空气等多重介质的三维电场数学模型,采用区域分解和自适应剖分技术相结合的手段,对三维电场进行了仿真求解,得到了复杂结构中三维场域电场分布,找到了电流互感器内部最大场强所在位置以及绝缘薄弱点。为提高SF6电流互感器全场域电场的均匀度,避免电晕放电等击穿现象的发生,绝缘设计中对法兰盘附近加设屏蔽环以及在一次导体端部加设屏蔽环两种方案的电场进行了分析及优化。并将电流互感器各结构部件沿面电场分布以及全场域电场分布进行了对比分析,研究了屏蔽环对改善电场的作用,比较了不同优化条件下的电场分布,给出了屏蔽环最佳位置及结构尺寸,为电流互感器绝缘结构设计提供了数值基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 国内外电力装备发展状况
• 1.2.1 国外电力装备发展状况
• 1.2.2 国内电力装备发展历史及现状
• 1.2.3 高压互感器的发展趋势
• 1.3 本文研究的目的与意义
• 1.4 本文主要研究工作
• 1.4.1 研究对象及主要研究工作
• 1.4.2 论文工作实施进程
• 1.5 小结
• 第二章 有限元基本原理及应用
• 2.1 有限元法基本原理
• 2.2 有限元数值计算的应用
• 2.3 有限元法分析的发展趋势
• 2.3.1 有限元软件的功能与应用
• 2.3.2 基于有限元应用软件ANSYS电场数值分析进程
• 2.3.3 参数化设计语言（APDL）
• 2.3.4 基于电场分析的电器优化设计
• 2.4 小结
• 6高压电流互感器三维电场数值计算'>第三章 220kV SF₆高压电流互感器三维电场数值计算
• 3.1 220kV电流互感器结构及主要技术参数
• 6电流互感器（HV SF₆ CT）三维电场数学模型'>3.1.1 220kV高压SF₆电流互感器（HV SF₆CT）三维电场数学模型
• 3.1.2 220kV电流互感器的主要技术参数
• 3.2 220kV电流互感器绝缘特性的计算
• 3.3 有无屏蔽罩时高压电流互感器电场计算与分析
• 3.3.1 无屏蔽罩时高压电流互感器电场计算与分析
• 3.3.2 含屏蔽罩时高压电流互感器电场数值计算与分析
• 3.3.3 无高压屏蔽罩加载冲击电压时的高压电流互感器绝缘电场分析
• 3.4 小结
• 6电流互感器绝缘结构改进'>第四章 220kVSF₆电流互感器绝缘结构改进
• 4.1 改善法兰附近电场分布
• 4.2 一次导体端部加设屏蔽环对电场的改善研究
• 4.3 小结
• 6电流互感器绝缘结构优化分析'>第五章 220kVSF₆电流互感器绝缘结构优化分析
• 5.1 概述
• 5.1.1 优化设计的定义及方法
• 5.1.2 优化设计的步骤
• 5.1.3 优化循环控制方式
• 5.1.4 优化设计结果与分析
• 5.1.5 优化
• 5.2 电流互感器的优化设计
• 5.2.1 初始结构的确定
• 5.2.2 优化变量的选取
• 5.2.3 优化设计
• 5.2.4 采用替代法
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢