【文章內(nèi)容簡介】 (14) 2008年，河南平高電氣公司的鐘建英等對特高壓復(fù)合套管進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和分析，結(jié)果表明套管內(nèi)絕緣能承受峰值2400kV雷電沖擊電壓，外絕緣滿足2000m的海拔，套管和絕緣件內(nèi)外表面場強(qiáng)小十其沿面臨界放電場強(qiáng)，絕緣件內(nèi)部的電場強(qiáng)度滿足長期運(yùn)行的要求，其余部位也有相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)裕度[20]。 (15) 2008年，中國電力科學(xué)研究院的狄謙采用有限元分析法軟件計(jì)算了145kV套管傘套內(nèi)部和外部的場強(qiáng)分布和電位分布。分析了接地內(nèi)屏蔽筒的高度、外徑、翻邊即環(huán)的曲率半徑等對電場強(qiáng)度分布的影響，并對接地屏蔽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)[21]。 (16) 2008年，董淑建等也在電瓷避雷器上發(fā)表文章，文中介紹了最新的1100kV交流特高壓變壓器套管的研制過程，并與國外同類產(chǎn)品對比結(jié)果表明，高壓套管技術(shù)性能可靠，能夠滿足我國特高壓輸變電工程線路的使用[22]。1．3 本文的主要工作（1） 本課題的主要研究對象是高壓變壓器的引線部分，主要對引線的溫度場進(jìn)行計(jì)算研究，因此首先對變壓器引線的種類以及其結(jié)構(gòu)做出選擇。（2） 針對引線的特殊結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)的網(wǎng)格化分，對引線內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行離散，然后根據(jù)傳熱學(xué)及數(shù)值傳熱學(xué)所學(xué)內(nèi)容建立導(dǎo)熱方程，并根據(jù)網(wǎng)格化分的結(jié)構(gòu)對這些方程進(jìn)行相應(yīng)的離散化。（3） 基于有限差分法，運(yùn)用fortran軟件編寫程序?qū)﹄x散化后的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溫度的計(jì)算，從而得到變壓器引線的溫度場。（4） 引線的幾何結(jié)構(gòu)不變，改變引線的線芯、外包絕緣層等結(jié)構(gòu)的材料，對其材料的導(dǎo)熱系數(shù)賦予相應(yīng)的值進(jìn)行計(jì)算，比較各種情況下引線溫度場內(nèi)的最高溫度值，從而對引線的結(jié)構(gòu)提出合理化的建議，對引線進(jìn)行優(yōu)化。2 變壓器引線概述 引線的形式在變壓器線圈外部連接線圈各引出端的導(dǎo)線稱為引線。它將外部電源引入變壓器，經(jīng)變壓后又將電能輸出變壓器。引線有三種：線圈線端與套管連接的引線、線圈端頭間的連接引線以及線圈分接與開關(guān)相連的分接引線。電力變壓器的引線有裸圓線（銅線或鋁線）、紙包圓線、裸母線排、電纜和銅管等多種形式。電纜裸母線排紙包圓線紙包圓線高電壓引線之間及其與低電壓引線之間盡量不交叉，如有交叉須可靠夾持或綁扎，并加大交叉處的絕緣裕度。分接引線應(yīng)分相排列，每相分接引線排一排或二排。高壓引線的連接方式有：銅焊（釬焊）、氣焊、壓接和螺栓連接。引線的出線以及引線之間的連接一般采用銅焊；氣焊只適用于銅排或鋁線的連接；壓接用于軟導(dǎo)線（電纜）與接頭及其它連接；可拆式螺栓連接用于與低壓套管引線和分接開關(guān)的連接。(1)引線的電氣性能：在保證足夠電氣強(qiáng)度的條件下，應(yīng)盡可能地減小器身的尺寸。(2)引線要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度來承受運(yùn)輸途中的顛簸，長期運(yùn)行中的振動以及短路電動力沖擊。(3)在變壓器長期運(yùn)行時的溫升、短路時的溫升和大電流引線的局部溫升，均應(yīng)該限制在規(guī)定要求的范圍以內(nèi)。3 電纜線溫度場數(shù)值計(jì)算方法在許多力學(xué)問題或場的問題的研究上，人們已經(jīng)在工程技術(shù)領(lǐng)域中得到了它們應(yīng)遵循的基本方程(常微分方程或偏微分方程)以及其相應(yīng)的定解條件。對于這些方程的求解方法，一般包括兩大類：一是解析法，二是數(shù)值法。但只有少數(shù)能用解析法求出其精確解，這些方程的性質(zhì)一般比較簡單，而且其求解區(qū)域的幾何形狀是相當(dāng)規(guī)則的。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)問題上由于方程的某些特征的性質(zhì)是非線性的，或者由于其求解的幾何區(qū)域形狀比較復(fù)雜，這種情況下就只能用數(shù)值法。近四十多年以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)值分析方法已逐步成為求解工程技術(shù)問題的主要工具。當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展和運(yùn)用比較成熟的數(shù)值分析方法主要有兩大類，一類是有限差分法，直接求解基本方程以及相應(yīng)定解條件的近似解，其根本思想是:首先將求解域進(jìn)行網(wǎng)格化分，然后針對網(wǎng)格上的各個結(jié)點(diǎn)使用差分方程來近似微分方程。當(dāng)采用的節(jié)點(diǎn)足夠多時，其所得到的近似解在一定的精度下也就越來越接近精確解。有限差分法可以解決一些相當(dāng)復(fù)雜的問題，特別是對于空間坐標(biāo)系下的流動問題，有限差分法具有足夠的優(yōu)勢，因此在流體力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)它至今仍占支配地位。但在解決幾何形狀過于復(fù)雜的問題上，它的精度會有所下降，甚至?xí)a(chǎn)生一定的難度。另一類數(shù)值分析方法就是有限單元法。它的基本思想是:將求解區(qū)域離散化，使一個連續(xù)的區(qū)域離散為一系列有限個單元。這些單元可以采用不同的連接方式進(jìn)行合并，而且單元本身的形狀又可以不盡相同，因此在幾何區(qū)域形狀比較復(fù)雜的情況下，可以很方便得對該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)模型化。作為數(shù)值分析的一種重要的方法，有限單元法還可以對每一個單元作近似函數(shù)假設(shè)，并用此假設(shè)近似函數(shù)來分片地表示整個求解域上待求未知場的函數(shù)。未知場的函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)在單元內(nèi)的各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)值及其差值函數(shù)便可以用來表示單元內(nèi)的近似函數(shù)。因此，在利用有限元法分析一個問題時，未知場的函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在各個結(jié)點(diǎn)上的數(shù)值便成為新的自由未知量(也稱自由度)，從而使一個連續(xù)的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為一個離散的有限自由度問題。通過對這些未知量的求解，就可以使用插值函數(shù)得到各個單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，進(jìn)而得到整個求解區(qū)域內(nèi)的近似解。明顯的隨著單元個數(shù)的增加，即單元尺寸的縮小，解的近似程度將不斷改進(jìn)。若是單元滿足收斂要求，近似解最終將無限接近于精確解。有限差分方法是一種數(shù)值解法，主要對偏微分（或常微分）方程和方程組的定解問題進(jìn)行求解，簡稱差分方法。在滿足一定的定解條件下求微分方程的特解就是微分方程的定解問題。在空間區(qū)域的邊界上要滿足的定解條件稱為邊值條件。若是求解問題與時間有關(guān)，在初始時刻所要滿足的定解條件，稱之為初值條件。若是求解問題與時間無關(guān)，只是針對邊值條件的定解問題，稱之為邊值問題。若求解問題與時間有關(guān)而只針對初值條件的定解問題，稱之為初值問題。同時帶有初值條件和邊值條件兩種定解條件的問題，稱之為初值邊值混合問題。定解問題一般不具有解析解，或者其解析解難于計(jì)算。所以往往采用有限差分方法作為定解問題的一種可行有效的數(shù)值解法。它的一般步驟是先將求解問題的定義域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后在劃分后的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上采用適當(dāng)?shù)臄?shù)值微分公式把定解問題中的微商換成差商，從而把原問題離散化為差分格式，進(jìn)而求出數(shù)值解。鑒于有限差分方法的簡單、靈活以及通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時也易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。在解決各類數(shù)學(xué)物理問題、計(jì)算力學(xué)問題中，均采用限差分方法作為解決此類問題的主要數(shù)值方法。（1）區(qū)域離散化的四個幾何要素：①節(jié)點(diǎn)：需要求解未知物理量的幾何位置，用“”表示；②控制容積：應(yīng)用控制方程式守恒定律的最小幾何單位；③界面線：它規(guī)定了與各節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的控制容積的分界面的位置，用“”表示；④網(wǎng)格線：沿坐標(biāo)軸方向連續(xù)兩節(jié)點(diǎn)所形成的曲線簇，用“——”表示。（2）區(qū)域離散化的方法：（A法——外節(jié)點(diǎn)法；B法——內(nèi)節(jié)點(diǎn)法）A法：①用網(wǎng)格線劃分子區(qū)域； ②節(jié)點(diǎn)位于網(wǎng)格線交點(diǎn)； ③在兩節(jié)點(diǎn)中間位置作界面線，界面線構(gòu)成了控制容積。B法：①用界面線劃分子區(qū)域； B法 A法 ②節(jié)點(diǎn)位于控制容積中心（在界面線中間畫網(wǎng)格線，網(wǎng)格線交點(diǎn)即節(jié)點(diǎn)）（3）A、B兩種方法的比較： （圖3—1）①邊界點(diǎn)所代表的控制容積不同A法：邊界點(diǎn)代表了半個控制容積；B法：邊界點(diǎn)控制容積為零。 A法 B法對于非穩(wěn)態(tài)問題，A法無法考慮半個控制容