【正文】 昂貴，但它在外部的運行條件比較苛刻，在殘酷的環(huán)境下同時承受很高的電、熱和機械應(yīng)力。發(fā)生事故后，由于套管尾部的炸裂，將會導(dǎo)致變壓器主體損壞，并起火燃燒。 隨著更高等級變壓器的出現(xiàn)，變壓器引線將會出現(xiàn)一系列局部溫度過熱的問題，變壓器引線過熱在安全運行和使用壽命等方面給變壓器帶來嚴(yán)重成脅，分析、判斷和預(yù)防變壓器過熱故障等問題，已經(jīng)越來越受到運行，檢修和試驗部門的廣泛關(guān)注。 1． 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在超高壓、特高壓變壓器的研制上，世界許多著名變壓器制造廠商已經(jīng)開發(fā)投入了很大的精力。現(xiàn)如今變壓器的單臺最大容量也已達到 1200MVA 的水平。并且這兩個國家都建設(shè)了 1000kV 特高壓工業(yè)性試驗線路。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 5 對于超 高壓電力變壓器，我國的變壓器制造企業(yè)在八十年代初才開始研制和投入生產(chǎn)，到目前為止我國已經(jīng)具備能力生產(chǎn)的變壓器包括 330kV, 500kV, 750kV 和1000kV，還特地研發(fā)了試驗用單相 1700kV 變壓器。 高壓引線絕緣結(jié)構(gòu)的確定和絕緣電場分析在百萬伏級超高壓變壓器的研制工作中起到尤為關(guān)鍵的作用，而高壓引線周圍的電場直接影響引線的溫度分布。 (1) 錢秀英等 1984 年在電機工程學(xué)報上發(fā)表文章，文中應(yīng)用等參元有限元法，分析了超高壓變壓器引線的二維電場分布，為引線的結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計提供了理論依據(jù)，并且為引線周圍的溫度場分布提供了重要的參考價值。 (2) 張金堂等 1985 年在中國電機工程學(xué)報上發(fā)表了文章，他們在計算變壓器引線的二維電場的問題中采用了優(yōu)化模擬 電荷法，并研究了將優(yōu)化模擬電荷法在復(fù)雜電場計算中的應(yīng)用的困難，而且對此問題提出了相應(yīng)的解決辦法。 (3)路長柏 1989 年在電機與控制學(xué)報上發(fā)表了文章，文中采用有限元件法對超高壓電力變壓器的引線電場進行了計算。這對超高壓電力變壓器引線 成型絕緣件的設(shè)計和生產(chǎn)具有實際指導(dǎo)意義 [9]。他所采用的方法具有精度高，計算簡便等特點 [10]。 (6) 王建民等 20xx 年在全國電工理論與新 技術(shù)學(xué)術(shù)年會作報告，根據(jù) 1200kV 變壓器高壓引線絕緣結(jié)構(gòu)的特點，分別建立了高壓引線拐彎部位電場、靠近高壓繞組的河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 6 屏蔽引線電場和高壓套管均壓球電場的模型，并利用有限元方法進行了二維平面和軸對稱場的數(shù)值分析，為合理設(shè)計和確定 1200kV 變壓器高壓引線絕緣結(jié)構(gòu)提供了理論數(shù)據(jù) [12]。 (8) 梁建紅等 20xx 年在變壓器雜志上發(fā)表文章，介紹了變壓器引線電氣屏蔽在變壓器制造中的重要性、引線電氣屏蔽的方法及防止由十引線電氣屏蔽不良引起產(chǎn)品放電的措施 [14]。 (10)1998 年， Joze Pihler 和 Igor Ticar 采用有限元法分別計算了 126kV SF6 套管在 有無接地內(nèi)屏蔽時瓷套內(nèi)部和外部的場強分布和電位分布。 (11) 20xx 年，岳明鏡對新型油紙電容式套管絕緣可靠性進行了研究，將 20 多年來對高壓套管的研究進行小結(jié)，提出優(yōu)化絕緣結(jié)構(gòu)，提高性能，特別是優(yōu)化結(jié)構(gòu)來保證產(chǎn)品高性能的穩(wěn)定性和長期運行的可靠性 [17]。 (13) 20xx 年，劉曉亮等在電磁避雷器上發(fā)表文章，介紹了特高壓交流試驗基地1000kV 主變壓器高壓引線端用油紙電容式變壓器套管的技術(shù)參數(shù)、主要尺寸、結(jié)構(gòu)特點、油中電場計算、研究的關(guān)鍵技術(shù)及型式試驗項目 [19]。 (15) 20xx 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算了 145kV河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 7 套管傘套內(nèi)部和外部的場強分布和電位分布。 (16) 20xx 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]。 （ 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)對這些方程進行相應(yīng)的離散化。 （ 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)的值進行計算，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，對引線進行優(yōu)化。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。 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 。分接引線應(yīng)分相排列，每相分接引線排一排或二排。 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。 (2)引線要有足夠的機械強度來承受運輸途中的顛簸，長期運行中的振動以及短路電動力沖擊。 3 電纜線溫度場數(shù)值計算方法 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。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。近四十多年以來，隨著計算機技術(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)采用的節(jié)點足夠多時，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。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。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。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)。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。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。 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行求解，簡稱差分方法。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無關(guān)，只是針對邊值條件的定解問題，稱之為邊值問題。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。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。 鑒于有限差分方法的簡單、靈活以及通用性強等特點，同時也易于在計算機上實現(xiàn)。 幾何區(qū)域和導(dǎo)熱方 程的離散 （ 1）區(qū)域離散化的四個幾何要素： ①節(jié)點：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)點所形成的曲線簇，用“ —— ”表示。 B 法：①用界面線劃分子區(qū)域； ②節(jié)點位于控制容積中心（在界面線中間畫網(wǎng)格線，網(wǎng)格線交點即節(jié)點） （ 3） A、 B 兩種方法的比較： ①邊界點所代表的控制容積不同 A法：邊界點代表了半個控制容積； B 法：邊界點控制容積為零。 ②當(dāng)網(wǎng)格線不均勻時 A 法：節(jié)點不在控制容積中心 B 法：節(jié)點在控制容積中心 故推薦使用 B 法網(wǎng)格 化分。 ④所求區(qū)域有物質(zhì)階躍（即有兩種不同的介質(zhì)） B 法可以方便地把物質(zhì)變化處處理為界面 說明： 1. 盡可能采用 B 法對幾何區(qū)域進行離散； B 法 A 法 A 法 B 法 A 法 B 法 （圖 3— 2） （圖 2— 3） （圖 3— 1） 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 12 2. 網(wǎng)格劃分盡可能均勻，且縱寬比 接近于 1，兩個網(wǎng)格之間不能變化太大，應(yīng)在 ~ 之間，不超過 2 。 （ 1）泰勒展開法 泰勒級數(shù)展開式： ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? nn xxxfnxxxfxxxfxfxf 0020039。0039。 采用線性分布： ? ? ? ? ? ? ? ? ）—（ 530222 ??????????? ???????? ????????????? ????????? xTxx TTTxx TTTx TTx TT Pw WPWe PEPw WPe PE ???? 令： ? ? ? ? 1???? xxx we ?? 則上式變?yōu)椋?038 ???? EPW TTT （ 3— 6） 說明： 1. 在估計界面處函數(shù) T 和一階導(dǎo)數(shù)時采用了 線性分布，采用其他分布也可。 3. 沒有必要對同一量的所有項都采用同一種分布。 S—— 內(nèi)熱源， W； 對圖（ 36）中的控制容積 P 作積分，并假設(shè)在控制容積的界面上熱流密度是均勻的。對二維問題，取垂直于 xy 平面方向上的厚度為 1，故 ( yx?? )即為控制容積的體積。 四項基本原則： 。 3. 正系數(shù)原則： bTaTa nbnbPP ??? （ 3— 17） ??NSWEP aaaaa 、 符號相同（保證溫度的上升 /下降同步） 4. 源項的負斜率線性化 SpTpSS ?? c （ 0?Sp要令 ） （ 3— 18） ? ?xSpaaa WEP ???? （ 3— 19） 若 Sp0，則 xSp? 可能大于 WE aa? ，違背了正系數(shù)原則，物理不真實。 ?? nbP aa （ 3— 20） 網(wǎng)格的劃分 本文是通過有