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用于電力設備絕緣的工程液體電介質(zhì)。變壓器油的絕緣性能，對于電力設備的安全運行具有極為重要的意義。國內(nèi)外運行經(jīng)驗表明，在內(nèi)外部沖擊作用下，變壓器油可能發(fā)生放電并導致故障，對電網(wǎng)的安全運行造成極大威脅。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)展過程中的隨機性是其重要特征。對沖擊流注發(fā)展過程建立包含隨機性特征的模型，有助于研究變壓器油沖擊放電的微觀機理。本論文首先建立了包含隨機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)展的微觀機理，最后，結合變壓器的實際結構，開展了典型電極結構下油紙兩相結構沖擊流注發(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電場的影響以及載流子在電場作用下的動態(tài)過程。利用泊松方程和對流擴散方程對沖擊流注發(fā)展過程進行建模，并對方程的適用條件進行研究。通過理論分析與計算確定對流擴散方程中載流子

3、產(chǎn)生與消失機制的表達式，并在沖擊流注發(fā)展典型電場等外部條件下，對載流子的產(chǎn)生與消失機制進行研究，確定影響沖擊流注發(fā)展過程的主要機制。對載流子的遷移率進行理論計算，并通過與文獻試驗結果的對比，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)展的物理過程對沖擊流注發(fā)展過程中產(chǎn)生隨機特征的物理基礎進行研究，引入概率密度函數(shù)，建立反映沖擊流注發(fā)展過程隨機性的模型，并確定模型的邊界及初始條件。
　　②利用Comsol Multiphysic

4、s軟件構造模型?；赑eclet數(shù)對方程對流項與擴散項的相互關系進行研究。對方程進行泰勒展開，根據(jù)截斷誤差，對方程具有穩(wěn)定數(shù)值解的條件進行研究。基于Peclet數(shù)的表達式，研究消除求解過程中數(shù)值振蕩的方法?；跊_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。設計試驗，獲取沖擊放電電流的試驗結果。通過仿真結果與試驗結果的對比，確定概率密度函數(shù)的相關參數(shù)。基于仿真結果，對沖擊流注發(fā)展過程的微觀過程和特征進行分析，并對隨機特征進行討論

5、。
　　③基于模型，改變間隙距離、電極結構及電壓幅值對沖擊流注的發(fā)展過程進行仿真?；诓煌瑮l件下沖擊流注發(fā)展過程中電場、電壓及空間電荷的分布規(guī)律，研究間隙距離、電極結構及電壓幅值影響沖擊流注放電的微觀機理。當增大間隙距離保持外加電壓幅值時，電場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。當電極結構改變?yōu)獒槹咫姌O時，由于針板電極間隙中部的電場分布比針球電極間隙中部的電場分布更為平緩，電場強度下降速率較慢。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。當沖擊電壓峰值由1.2 PDIV增加至1.5 PDIV時，由于載流子產(chǎn)生率與電場強度之間的超線性關系，最終放電電流也與外加電壓呈超線性關系。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，電場強度增加，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)展速度以及更遠的發(fā)展距離。
　?、芑谧儔浩鞯恼鎸嵔Y構，研究絕緣紙對變壓器沖擊流注發(fā)展過程的影響。對油紙分界面的