基于Maxwell的油浸式电力变压器物理场的仿真分析及应用研究

论文摘要

近年来，由于我国经济发展迅猛，人民生活水平不断提高；同时，电力需求也急剧增长。逐步建设和发展特高压电网是解决电力需求持续增长的唯一途径。在电网的建设中，作为输变电主设备之一，也是电力系统中最重要的电气设备之一的油浸式电力变压器得到更为广泛的应用。目前，电力变压器发展方向之一：向大容量、特高压方向发展。随着变压器容量的扩大、电压等级的提高，必须充分考虑变压器绝缘、损耗和温度等问题。因此，关于这些方面的研究也受到越来越多的重视。数值分析是目前用于分析变压器电磁问题和温度场的主要方法。其中，数值分析中的有限元法由于其适用于多种介质，求解速度快及计算精度高等优点，是应用最为广泛的方法之一。本文使用的Ansoft Maxwell软件正是采用这种算法。本文以实际油浸式电力变压器为例，根据变压器的结构特点、主要技术参数、以及合理的简化和假设等，建立了仿真模型。通过采用Ansoft Maxwell有限元仿真软件，分析油浸式电力变压器绕组电场、漏磁场和温度场的分布情况。论文首先对电场进行分析，研究变压器工作在额定电压下的绕组电场分布情况和电场强度；同时，对比分析在长期工作电压、雷电冲击电压和操作过电压三种过电压形式下的电场分布情况。其次对漏磁场进行研究，分析绕组漏磁场的分布情况和由于漏磁场作用而引起的绕组涡流损耗。接着在分析绕组涡流损耗的基础上，进一步研究绕组温度场的分布情况。此外，从工程应用研究的角度出发，重点分析绕组端部的电场强度和绝缘问题，提出降低绕组端部最大电场强度和加强绝缘的相应改进方法；然后提出三种改善漏磁场分布的方法，降低绕组涡流损耗；其次通过采取降低热源的方法，改善绕组的温度分布；最后，结合实际变压器运行情况，将该模型应用到实际工程研究中，分析不同运行年限的变压器温度场分布情况，其仿真结果与实际试验测得结果相符合。因此，在油浸式电力变压器的实际工程应用中，该模型的仿真分析结果在研究绕组端部绝缘、有关电磁参数计算和温度分布情况等方面提供一定的参考，以及对变压器早期故障检测和诊断具有一定的参考依据。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电气设备的电磁场和温度场研究现状
• 1.1.1 电磁场的研究现状
• 1.1.2 温度场的研究现状
• 1.2 油浸式电力变压器物理场的研究现状
• 1.2.1 主要物理场
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 研究内容和意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 第二章 电磁场基本理论和有限元法介绍
• 2.1 二维电磁场基本理论及边界条件
• 2.1.1 二维电磁场基本理论
• 2.1.2 电磁场边界条件
• 2.2 有限元法概述和软件介绍
• 2.2.1 有限元法概述
• 2.2.2 二维有限元法的电磁场边值问题及等价变分问题
• 2.2.3 Ansoft Maxwell 有限元分析软件的介绍
• 第三章 油浸电力变压器绕组的电场仿真
• 3.1 引言
• 3.2 模型的建立与仿真
• 3.2.1 建立二维模型
• 3.2.2 模型的仿真分析
• 3.3 操作过电压和雷击过电压作用下的电场仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 油浸电力变压器绕组的漏磁场仿真及涡流损耗分析
• 4.1 引言
• 4.2 漏磁场仿真分析
• 4.2.1 漏磁场的类型及引起的效应
• 4.2.2 漏磁场分析
• 4.3 绕组的涡流损耗分析
• 4.3.1 工程上同心式双绕组的涡流损耗分析
• 4.3.2 有限元法的涡流损耗分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 油浸式电力变压器的温度场仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 温度场热源计算
• 5.2.1 三种散热方式与计算
• 5.2.2 热负荷的计算
• 5.3 绕组温度场仿真分析
• 5.3.1 轴向温度分布
• 5.3.2 辐向温度分布
• 5.4 本章总结
• 第六章 基于 MAXWELL 的油浸式电力变压器物理场的应用研究
• 6.1 引言
• 6.2 改善端部电场强度和降低绕组间电场强度的措施
• 6.2.1 分析高压绕组端部电场强度分布
• 6.2.2 电力变压器油的击穿及耐电强度的理论分析
• 6.2.3 改善绕组端部电场强度及降低绕组间电场强度的措施
• 6.3 降低漏磁场引起的绕组涡流损耗措施
• 6.3.1 单独增加磁分路
• 6.3.2 单独增加磁屏蔽
• 6.3.3 同时增加磁分路和磁屏蔽
• 6.4 运行三年和运行五年的变压器绕组温度场仿真分析
• 6.4.1 温度分布的仿真分析
• 6.4.2 绕组温度对比分析
• 6.4.3 变压器使用寿命分析
• 6.5 降低变压器温度场的措施
• 6.6 本章小结
• 结语与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及研究成果
• 在读期间已发表和录用的论文
• 参与的科研项目