Исследование и разработка эффективного метода расчета электрической прочности внутренней изоляции силовых трансформаторов

• Автор: Ларин, Василий Серафимович
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

1.1. Общие сведения.

1.2. Обзор отечественных методик расчета изоляции силовых трансформаторов.

1.2.1. Методика расчета главной изоляции

1.2.2. Методика расчета прочности участка изоляции по поверхности твердой

изоляции

1.2.3. Методика расчета изоляции отводов

1.2.4. Расчет изоляции установки вводов.

1.3. Обзор зарубежных методик расчета изоляции силовых трансформаторов.

1.3.1. Расчет главной изоляции по методике ВИТ

1.3.2. Расчет главной изоляции по методике компании i
1.3.3. Расчет прочности но поверхности твердой изоляции i
1.3.4. Расчет прочности больших масляных промежутков
1.4. Постановка задачи.
1.5. Обзор численных методов расчета электрических полей.
1.5.1. Метод интегральных уравнений.
1.5.2. Метод эквивалентных зарядов
1.5.3. Метод конечных разностей.
1.5.4. Метод конечных элементов.
1.5.5. Выбор численного метода расчега ноля.
1.6. Обзор существующих программных продуктов для расчета изоляции силовых трансформаторов
1.7. Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО МЕТОДА И ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
2.1. Применение метода конечных элементов для расчета электрических полей
2.1.1. Математическая сущность МКЭ
2.1.2. Применение конечных элементов и функций формы высоких порядков
2.1.3. Учет граничных условий. Общие сведения.
2.1.4. Учет граничных условий для плоскопаразлельного случая
2.1.5. Учет граничных условий для случая аксиальной симметрии.
2.1.6. Определение напряженностей поля.
2.1.7. Погрешность метода конечных элементов и пути ее уменьшения
2.2. Программная реализация метода конечных элементов
2.3. Задание геометрии.
2.4. Создание сетки конечных элементов.
2.5. Решение системы уравнений.
2.6. Адаптивный решатель полевой задачи
2.7. Визуализация результатов расчета
2.7.1. Построение линий уровня.
2.7.2. Построение цветовой карты
2.7.3. Построение графиков вдоль границ и заданных контуров.
2.8. Построение силовых линий
2.9. Вычисление напряженного объема
2 Структура программного комплекса.
2 Автоматизация расчета электрической прочности изоляции.
2 Выводы.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
3.1. Общие сведения
3.2. Оценка погрешности расчета для простых задач.
3.3. Оценка погрешности расчета для моделей главной изоляции
3.3.1. Описание расчетных моделей
3.3.2. Анализ влияния коэффициента плотности сетки на точность расчета электрического поля.
3.3.3. Анализ влияния коэффициента роста сетки на точность расчета электрического поля.
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ ГЛАВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ.
4.1. Постановка задачи.
4.2. Исследование влияния упрощений на точность расчета для моделей края
обмотки.
4.2.1. Представление сечения части обмотки прямоугольником.
4.2.2. Учет изоляции на соседней обмотке.
4.2.3. Представление сечения соседней обмотки прямоутольником
4.2.4. Ограничение расчетной модели по высоте.
4.2.5. Проверка предложенных рекомендаций.
4.2.6. Рекомендации но созданию расчетных моделей края обмотки.
4.3. Исследование влияния упрощений на точность расчета для моделей середины
обмотки.
4.3.1. Представление сечения части обмотки прямоугольником.
4.3.2. Учет изоляции на соседней обмотке.
4.3.3. Представление сечения соседней обмотки прямоутольником
4.3.4. Объединение части твердой изоляции
4.3.5. Ограничение расчетной модели по высоте
4.3.6. Проверка предложенных рекомендаций
4.3.7. Рекомендации по созданию расчетных моделей середины обмотки
4.4. Выводы.
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ ОТВОДОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
5.1. Общие сведения.
5.2. Расчетная модель изоляции отвода.
5.3. Построение номограмм для выбора изоляции отводов высокого напряжения
круглой формы.
5.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Этот расчет производится по расчетному напряжению, которое выбирается на основании испытательных напряжений. На втором этапе для выбранной конструкции изоляции производится уточненный расчет на основании численного расчета электрического поля при всех видах испытательных напряжений с учетом распределения напряжения по обмотке. Используя результаты расчета поля, в масляных каналах строятся силовые линии и для каждой силовой линии рассчитываются ее длина, среднее и допустимое значения напряженности и коэффициент запаса. Прочность всей конструкции определяется наиболее напряженной силовой линией, т. Вопрос о необходимости введения в методику расчета электрической прочности главной изоляции оценки запаса прочности по поверхности прошивочных реек из электрокартона возник впервые в процессе освоения промышленного производства шунтирующих реакторов на напряжение 0 кВ, когда при испытаниях реакторов на заводе полным грозовым импульсом отмечались повреждения изоляции, состоящие в полном или частичном перекрытии обмотки реактора по поверхности рейки, прошивающей обмотку. Подобные повреждения изоляции реакторов 0 кВ происходили также в эксплуатации. На одном из реакторов, который был доставлен на место установки, но без монтажа был возвращен на завод для реконструкции, при разборке были обнаружены следы частичных разрядов ЧР по поверхности реек, в месте их прилегания к катушкам. Анализ всех возможных причин повреждения изоляции реакторов 0 кВ указывал на необходимость изучения возможности возникновения и развития поверхностного разряда по рейке в первую очередь при воздействии полного грозового импульса. Первая попытка решения этой задачи была сделана в работе . В этой работе были проведены исследования на ЭВМ электростатического поля вблизи обмоток шунтирующих реакторов 0 и 0 кВ применительно к условиям испытания их полным грозовым импульсом. Сопоставления наибольших величин тангенциальных составляющих напряженности поля по прошивочной рейке у крайних витков катушек при воздействии испытательного напряжения полного грозового импульса показало, что в реакторах 0 кВ эта напряженность существенно выше, чем в реакторах 0 кВ и 8 кВмм. В последующие годы в ВЭИ были проведены детальные исследования условий возникновения и развития поверхностного разряда по поверхности электрокаргона при ПГИ, КИ, ОПЧ, РПЧ . Результаты проведенных исследований показали, что критерием электрической прочности по поверхности электрокартонной детали, прилегающей к электроду, является величина тангенциальной составляющей напряженности, при которой на поверхности электрокартона возникают ЧР, оставляющие обратимые следы вытеснения масла из электрокартона. Интенсивность этих ЧР при ПГИ 0. Кл. Критической величиной тангенциальной составляющей напряженности является не напряженность в отдельной точке, а средняя напряженность на определенном участке поверхности электрокартона. В большинстве исследований она оценивалась как средняя величина на длине участка 1 мм, а именно, как частное от деления разности потенциалов в точке, соответствующей краю электрода и на расстоянии 1 мм от нее на длину отрезка. Указанный выше критерий действителен для всех видов испытательных и рабочего напряжений. На основе экспериментальных данных о возникновении и развитии поверхностного разряда по прошивочной рейке были рекомендованы величины допустимых напряженностей при всех видах испытательных и рабочего напряжений. Так, для ПГИ и КИ рекомендуемая допустимая напряженность составляет . Вмм, для ОПЧ 6 кВмм, а для РПЧ 2. Вмм. Оценку запаса электрической прочности по прошивочной рейке целесообразно проводить при воздействии полного грозового импульса для обмоток трансформаторов, в которых имеют место большие разности потенциалов соседних катушек, как, например, в комбинированной и непрерывной части обмоток. Для трансформаторов сверхвысокого СВН и ультравысокого УВН напряжения, а также со сниженным уровнем испытательных напряжений, актуальной является проверка прочности по прошивочной рейке при воздействии рабочего напряжения.