220kV电力变压器端部绝缘传统与现行结构中电场的比较.pdf
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1、图1220kV电力变压器传统端绝缘结构 Fig.1Traditional end insulation structure in 220kV power transformer LV MV M HV TV H 220kV 电力变压器端部绝缘 传统与现行结构中电场的比较 韦殿平 1,刘文里2,勤格勒图2,刘晓丽3 (1哈尔滨变压器厂, 黑龙江 哈尔滨 150088; 2哈尔滨理工大学, 黑龙江 哈尔滨 150040; 3沈阳变压器研究院, 辽宁 沈阳 110179) 摘要:对220kV电力变压器端部绝缘的传统与现行两种结构模型分别进行了电场计算。 关键词:电力变压器;电场;有限元分析 中图分类号
2、:TM401+.1文献标识码:B文章编号:10018425(2009)10000605 1 引言 随着我国国民经济的迅猛发展, 电力系统的系 统容量及电压等级不断提高, 同时对系统运行可靠 性的要求也越来越高。 电力变压器是电力系统中的 重要设备之一,保证变压器在运行中的可靠性,是变 压器制造技术发展的趋势。 在保证电力变压器运行可靠性的前提下, 缩小 变压器的主绝缘距离具有重大经济意义。根据统计, 超高压大型变压器的绝缘成本约占变压器制造成本 的25左右。 因此,合理地确定电力变压器的绝缘 结构、 正确地选用绝缘材料及降低产品原材料的耗 用具有重要的技术经济意义。 笔者使用ANSYS软件,
3、对220kV电力变压器 端部绝缘传统与现行两种结构分别进行了电场计 算,得出现行结构是可行且节材的结论,并且提出了 采用现行端部绝缘结构时应注意的一些问题。 2 应用 ANSYS计算 220kV电力变压器端部 电场 220kV电力变压器一般采用中部进线, 其传统 端绝缘结构见图1。 在传统结构中, 压板采用钢压 板,高压绕组端部放置静电环。作为高压电极的静电 环,除了改善与其相邻各线段的冲击电压分布外,还 可使绕组端部电场均匀。 220kV电力变压器现行端部绝缘结构见图2。 在现行结构中,压板采用绝缘压板,高压绕组端部未 Electric Field Comparison between Tr
4、aditional and Present Structures of End Insulation in 220kV Power Transformer WEI Dian蛳ping1, LIU Wen蛳li2, Qingeletu2, LIU Xiao蛳li3 (1. Harbin Transformer Factory, Harbin 150088, China; 2. Harbin University of Science 3. Shenyang Transformer Research Institute, Shenyang 110179, China) Abstract:The e
5、lectric fields of traditional and present structural models of end insulation in 220kV power transformer are calculated. Key words:Power transformer;Electric field;Finite element analysis 第 46 卷 第 10 期 2009 年 10 月 TRANSFORMER Vol46 October No10 2009 韦殿平、 刘文里、 勤格勒图等: 220kV电力变压器端部绝缘传统与现行结构中电场的比较第 10 期
6、 图4现行结构计算模型 Fig.4Calculation model of present structure 铁轭 A AB B CD 中 (低) 压 绕 组 高 压 绕 组 CD 铁 心 柱 图2220kV电力变压器现行端绝缘结构 Fig.2Present end insulation structure in 220kV power transformer LV MV M HVTV H 设置静电环。 21计算模型的建立 为了方便计算, 分别对两种端部结构进行了简 化处理,用二维有限元法进行计算。两种结构简化后 的计算模型分别见图3和图4。 图3和图4中,为 计算场域,对应于钢压板(铁轭)
7、,铁心柱及低(中)压 绕组的电位是已知的,即第一类边界条件0,而边 界条件AB和CD上电位的法向导数 鄣 鄣n 0。 在建立计算模型过程中,由于角环厚度很小(一 般为2mm),对端部电场的总体分布影响不大,故仅 考虑对应于端圈部分的存在,并将端圈、绝缘压板和 隔板折合成纯油距进行计算。 22剖分并加载 对建好的模型进行有限元剖分, 然后对边界加 入载荷,进行计算。 因校核端部绝缘主要采用1min工频试验电压 的方法,做工频试验时,高压绕组加已知试验电压, 为高电位;中(低)压绕组、铁心、压板均接地为零电 位,均属于第一类边界条件。220kV电力变压器采用 中部进线时,绕组端部工频试验电压为20
8、0kV(方均 根值)。 将高、低压绕组的电压载荷加载在各自的边 界上,然后进行分析计算。 图5为传统端部结构场域剖分示意图, 图6为 现行端部结构剖分示意图。 因为变压器的端部电场 较大值主要集中在高压绕组的前几段,因此,此处要 细剖,其他的部分采用自由剖分即可满足精度要求。 两种结构电场电位、 等位线及电场矢量图分别 见图7图12。 从计算的结果可以看出:对于传统结构,变压器 油中电场强度的最大值Emax出现在静电环绝缘层表 面,影响Emax值的主要因素有绕组到压板的距离H、 图3传统结构计算模型 Fig.3Calculation model of traditional structure
9、 压板 A AB B CD 中 (低) 压 绕 组 高 压 绕 组 CD 图5传统端部结构场域剖分示意图 Fig.5Field subdivision diagram of traditional end structure 图6现行端部结构场域剖分示意图 Fig.6Field subdivision diagram of present end structure 7 第 46 卷 图9传统结构等位线分布示意图 Fig.9Equipotential line distribution of traditional structure 图10现行结构等位线分布示意图 Fig.10Equipot
10、ential line distribution of present structure 图11传统结构电场矢量图 Fig.11Vectorgram of electric field of traditional structure 图12现行结构电场矢量图 Fig.12Vectorgram of electric field of present structure 图8现行结构电位分布示意图 Fig.8Potential distribution diagram of present structure 绕组间绝缘距离M、 静电环曲率半径和静电环绝 缘层厚度S等。 由于目前只有少数生产
11、厂家还使用 传统端部绝缘结构,并且Emax值与H、M、和S的关 系在参考文献3中已有详细论述。 所以,本文中只 计算典型传统结构中当M84、H120、10、S5时 的Emax值,作为与现行结构的Emax值进行比较,而分 析与计算的重点是现行端部绝缘结构。 对于现行结构, 最大场强Emax出现在高压绕组 第一段尖角处,影响Emax值的主要因素有H、M和导 线圆角半径r,其关系曲线见图13图15。 因为要做出Emax值与H、M、r的关系曲线,需要 建立数十个计算模型,如采用GUI(图形操作)必须 根据具体尺寸逐一建模,会在操作上浪费大量时间, 所以笔者是采用命令流(Command)进行操作的。 3
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