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變壓器絕緣設(shè)計可靠性（耐壓儀）

隨著變壓器電壓等級的不斷提高，絕緣設(shè)計可靠性問題會愈來愈突出，如何使設(shè)計出的絕緣系統(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)計新的指導(dǎo)思想。

　　現(xiàn)有的變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計和可靠性評價方法可分為經(jīng)典解析公式法和數(shù)值計算法。當(dāng)場域幾何形狀較為簡單時，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)計的重點主要是油隙絕緣強(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，有時很難對絕緣系統(tǒng)整體可靠性做出評價，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、全域掃描和插值運算等數(shù)值方法，對變壓器絕緣結(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)行對比，實現(xiàn)變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)的可靠性評價，并在WINDOWS下開發(fā)了工程設(shè)計可用的變壓器主絕緣、端絕緣優(yōu)化與可靠性評價計算軟件,實現(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結(jié)果檢驗了計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)自動優(yōu)化設(shè)計與可靠性分析提供了方便、實用的數(shù)值計算工具。

　　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)、油的流動速度、電場強(qiáng)度的計算方法及計算機(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和理論研究，付出了極大的代價。本文內(nèi)容利用了瑞士魏德曼公司對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，局部放電起始電壓的計算結(jié)果；圖5為當(dāng)高壓電極直徑為 80mm時，局部放電起始電壓的計算結(jié)果；表1為計算與試驗結(jié)果的比較。