變壓器油沖擊流注發(fā)展模型及數(shù)值仿真.pdf

1、變壓器油是一種廣泛運(yùn)用于電力設(shè)備絕緣的工程液體電介質(zhì)。變壓器油的絕緣性能，對(duì)于電力設(shè)備的安全運(yùn)行具有極為重要的意義。國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在內(nèi)外部沖擊作用下，變壓器油可能發(fā)生放電并導(dǎo)致故障，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成極大威脅。沖擊流注發(fā)展過程是變壓器油沖擊放電的重要過程，沖擊流注發(fā)展過程中的隨機(jī)性是其重要特征。對(duì)沖擊流注發(fā)展過程建立包含隨機(jī)性特征的模型，有助于研究變壓器油沖擊放電的微觀機(jī)理。本論文首先建立了包含隨機(jī)特征的變壓器油沖擊流注發(fā)展模型

2、。基于模型，研究了多種因素影響沖擊流注發(fā)展的微觀機(jī)理，最后，結(jié)合變壓器的實(shí)際結(jié)構(gòu)，開展了典型電極結(jié)構(gòu)下油紙兩相結(jié)構(gòu)沖擊流注發(fā)展微觀過程的研究。論文包括以下主要內(nèi)容：
　?、俜治鲇绊懽儔浩饔蜎_擊流注發(fā)展的物理過程，確定影響變壓器油沖擊流注發(fā)展過程的重要因素是空間電荷對(duì)電場(chǎng)的影響以及載流子在電場(chǎng)作用下的動(dòng)態(tài)過程。利用泊松方程和對(duì)流擴(kuò)散方程對(duì)沖擊流注發(fā)展過程進(jìn)行建模，并對(duì)方程的適用條件進(jìn)行研究。通過理論分析與計(jì)算確定對(duì)流擴(kuò)散方程中載流子

3、產(chǎn)生與消失機(jī)制的表達(dá)式，并在沖擊流注發(fā)展典型電場(chǎng)等外部條件下，對(duì)載流子的產(chǎn)生與消失機(jī)制進(jìn)行研究，確定影響沖擊流注發(fā)展過程的主要機(jī)制。對(duì)載流子的遷移率進(jìn)行理論計(jì)算，并通過與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，選擇合適的變壓器油中載流子遷移率。根據(jù)沖擊流注發(fā)展的物理過程對(duì)沖擊流注發(fā)展過程中產(chǎn)生隨機(jī)特征的物理基礎(chǔ)進(jìn)行研究，引入概率密度函數(shù)，建立反映沖擊流注發(fā)展過程隨機(jī)性的模型，并確定模型的邊界及初始條件。
　?、诶肅omsol Multiphysic

4、s軟件構(gòu)造模型?；赑eclet數(shù)對(duì)方程對(duì)流項(xiàng)與擴(kuò)散項(xiàng)的相互關(guān)系進(jìn)行研究。對(duì)方程進(jìn)行泰勒展開，根據(jù)截?cái)嗾`差，對(duì)方程具有穩(wěn)定數(shù)值解的條件進(jìn)行研究?；赑eclet數(shù)的表達(dá)式，研究消除求解過程中數(shù)值振蕩的方法。基于沖擊流注發(fā)展的物理過程，確定概率密度函數(shù)可能的參數(shù)選擇。設(shè)計(jì)試驗(yàn)，獲取沖擊放電電流的試驗(yàn)結(jié)果。通過仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，確定概率密度函數(shù)的相關(guān)參數(shù)。基于仿真結(jié)果，對(duì)沖擊流注發(fā)展過程的微觀過程和特征進(jìn)行分析，并對(duì)隨機(jī)特征進(jìn)行討論

5、。
　　③基于模型，改變間隙距離、電極結(jié)構(gòu)及電壓幅值對(duì)沖擊流注的發(fā)展過程進(jìn)行仿真?；诓煌瑮l件下沖擊流注發(fā)展過程中電場(chǎng)、電壓及空間電荷的分布規(guī)律，研究間隙距離、電極結(jié)構(gòu)及電壓幅值影響沖擊流注放電的微觀機(jī)理。當(dāng)增大間隙距離保持外加電壓幅值時(shí)，電場(chǎng)的初始分布沒有較大變化，沖擊流注發(fā)展過程的變化也較小。當(dāng)電極結(jié)構(gòu)改變?yōu)獒槹咫姌O時(shí)，由于針板電極間隙中部的電場(chǎng)分布比針球電極間隙中部的電場(chǎng)分布更為平緩，電場(chǎng)強(qiáng)度下降速率較慢。針板電極可以在更大

6、的范圍內(nèi)保持較高的載流子產(chǎn)生率。當(dāng)沖擊電壓峰值由1.2 PDIV增加至1.5 PDIV時(shí)，由于載流子產(chǎn)生率與電場(chǎng)強(qiáng)度之間的超線性關(guān)系，最終放電電流也與外加電壓呈超線性關(guān)系。通過升高外加電壓100kV，研究快速流注的沖擊放電特性。隨著電壓的升高，電場(chǎng)強(qiáng)度增加，空間電荷密度增加，空間電荷分布更為集中，沖擊流注可以維持更快的發(fā)展速度以及更遠(yuǎn)的發(fā)展距離。
　?、芑谧儔浩鞯恼鎸?shí)結(jié)構(gòu)，研究絕緣紙對(duì)變壓器沖擊流注發(fā)展過程的影響。對(duì)油紙分界面的