5 對(duì)軟件計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)算分析

　　利用有限元、全域掃描方法和建立的變壓器絕緣設(shè)計(jì)數(shù)值優(yōu)化模型，在WINDOWS環(huán)境下利用

　　VC和FORTRAN語(yǔ)言開發(fā)了工程可用的超高壓變壓器主、端絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)和整體可靠性評(píng)價(jià)分析軟件，實(shí)現(xiàn)了與油隙長(zhǎng)度有關(guān)的電場(chǎng)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，為檢驗(yàn)計(jì)算方法和所開發(fā)計(jì)算軟件的正確性，分別利用解析方法和模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)絕緣電場(chǎng)數(shù)值解與可靠性優(yōu)化分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，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。

　　（1）利用解析法對(duì)二維電場(chǎng)計(jì)算軟件的驗(yàn)算分析

　　如圖1所示為同軸圓柱電極的計(jì)算模型，利用同軸圓柱電極電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算公式：

　　已知，R1 =125mm， R2=700mm，兩圓弧電極間的電壓U12 =1kV,則靠近內(nèi)電極表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度的解析解為：

　　利用二維電場(chǎng)計(jì)算軟件，可以得到靠近內(nèi)電極表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度為： =4.479（V/mm）,相應(yīng)的等位線分布如圖2所示。

　　最大電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算值與解析解相對(duì)誤差為：

；如果把靠近內(nèi)

　　電極表面附近的網(wǎng)格加密，將進(jìn)一步提高計(jì)算精度。由此說明，二維電場(chǎng)數(shù)值解是可靠的。

　　（2）對(duì)魏德曼局部放電起始電壓測(cè)試模型的驗(yàn)算分析

　　圖3為瑞士WEIDMANN公司局部放電起始電壓測(cè)試試驗(yàn)的模型示意圖，圖中高壓電極直徑為 20mm或 80mm的圓柱體，低壓電極直徑為 600mm的空心圓桶，高壓電極和低壓電極不同心的套在一起，間距保持72mm不變。

　　對(duì)上述每個(gè)模型分別進(jìn)行了40多次測(cè)量試驗(yàn)，兩個(gè)模型的擊穿電壓范圍為200kV～500kV。數(shù)據(jù)按韋伯（Weibull）分布進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果與2.0%擊穿概率的電壓十分接近。由于均勻電極的局放起始電壓與擊穿電壓十分接近，故可將上述擊穿電壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果近似看作局放起始電壓。

　　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。

　　從表1可見，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差小于6.0%，因此，采用上述方法判斷絕緣設(shè)計(jì)的可靠性時(shí)，最小的絕緣裕度Qmin大于1.1即可。

　�。�3）對(duì)油紙交界面爬行放電測(cè)試模型的驗(yàn)算分析

　　日立公司為測(cè)量浸在油中的紙筒受到表面爬行放電時(shí)的擊穿電壓，設(shè)計(jì)了雷電沖擊試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀８鶕?jù)絕緣結(jié)構(gòu)尺寸的不同分為模型1和模型2，試驗(yàn)時(shí)模型的左邊界和下邊界接地，將上下靜電板及靠近靜電板的線餅連接在一起施加雷電全波，圖6為原模型簡(jiǎn)化后的下半部分區(qū)域。試驗(yàn)爬電現(xiàn)象為從圖6b中的電力線位置沿靠近線餅側(cè)的第一層紙筒表面向下并分別從紙筒下端跨

　　接第二層紙筒、第三層紙筒對(duì)地放電。若將雷電沖擊電壓折算為工頻一分鐘時(shí)取換算系數(shù)2.3,

　　 表2 紙筒表面爬行放電模型計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的比較

　　則工頻情況下的對(duì)比分析結(jié)果見表2，圖6～圖12為模型1絕緣電場(chǎng)和第一層紙筒油紙交界面的切向場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果; 模型2的輸出結(jié)果與模型1的圖6～圖12相似，故不再給出。

　　表2表明，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差小于7.0%。因此，采用上述計(jì)算方法判斷絕緣設(shè)計(jì)的可靠性時(shí)，最小的絕緣裕度以大于1.1為宜。

　　本文開發(fā)的超高壓變壓器主、端絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)和整體可靠性評(píng)價(jià)數(shù)值計(jì)算技術(shù)已用于500kV和750kV變壓器新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)中，其推廣應(yīng)用結(jié)果的詳細(xì)內(nèi)容將在其它文章中報(bào)道。

　　5 結(jié)論

　　本文利用有限元和全域掃描方法，建立了變壓器絕緣設(shè)計(jì)數(shù)值優(yōu)化模型，在WINDOWS環(huán)境下利用VC和FORTRAN語(yǔ)言開發(fā)了工程可用的超高壓變壓器主、端絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)和整體可靠性評(píng)價(jià)分析軟件，實(shí)現(xiàn)了與油隙長(zhǎng)度有關(guān)的電場(chǎng)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。

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