张国强[1]2000年在《电力变压器绝缘结构优化和电磁方案自动设计的研究》文中指出本文在全面深入地总结相关文献的基础上，针对与电力变压器绝缘结构和电磁设计有关的理论与计算问题，开展了大量的研究与计算，取得了一些具有重要学术意义和工程实用价值的成果。 随着计算机硬件技术的迅猛发展和电磁场数值分析方法的日臻完善，使变压器的绝缘结构优化和电磁方案的自动设计成为可能。本文基于电磁场有限元方法和灵敏度分析技术，重点对电力变压器的绝缘结构整体排布、电极形状优化和电磁方案的自动设计等问题进行研究。 全文主要包括四部分内容。 第一部分由第二章组成。该部分系统深入地研究了电磁场有限元法的灵敏度分析的基本原理和计算方法，集中解决该领域面临的一些计算方法的难题。目前，优化方法的研究多停留在局部寻优的确定性方法或全局寻优的随机性方法上，在寻优的过程中，或陷于局部极值点无法找到全局最优；或需要大量的电磁场计算并按一定规律调整待优化变量，使目标函数随机地逐步逼近最优。由于计算量巨大，使工程技术人员难以接受。因此，本文提出在进行若干次电磁场数值计算之后，利用目标函数值和目标函数对设计变量（几何参数或物理参数）的灵敏度（即目标函数的梯度）建立目标函数的计算方法。用n维埃尔米特（Hermite）插值技术建立设计变量在可行域上的目标函数的逼近函数；将局部寻优的梯度算法和全局寻优的随机算法结合起来，大幅度地降低寻优过程中电磁场的计算次数。由于用埃尔米特逼近函数代替了电磁场数值计算求目标函数，最大限度地降低了寻优过程中的计算代价。 第二部分由第三章组成。该部分系统深入地研究了电力变压器绝缘结构优化设计的可靠性评价理论，集中解决了变压器绝缘设计可靠性评价方法的难题。提出运用全域扫描的方法对变压器绝缘结构进行评价，并通过理论计算和模型试验的对比分析，证明了上述绝缘可靠性评价理论及全域扫描方法的正确性和有效性。 第三部分由第四～六章组成。该部分运用本文第一、二部分提出的理论分析方法，详细介绍了基于灵敏度分析的新计算方法在电力变压器静电环电极形状优化设计中的应用，以及全域扫描的可靠性评价新方法在大型电力变压器绝缘结构整体排布优化设计华北电力大学工学博士学位论文 中文橱瞩中的应用。还提出了运用多段规则曲线拟合的方法对大型电力变压器的高压套管均压球进行优化设计，得出了既具有了较好的工艺性又具有较好的电场强度分布的最佳的电极形状．此外，还对超高压大容量壳式变压器的赢压线口三维电场及绝缘可靠性间题做了深人地计算和分析，为我国研制开发大型敝变压器提供了重耍的茧础设计依据． 第四部分由第七章组成。该部分提出了基于灵敏度分析的电力变压器电磁方案自动设计方法．撇计算线回电戳力实现电感的灵砧计算，实现变压器的短路阻抗等性能多鳖以及主要结构尺寸的自动设计．该方法重点解决了大型壳式变压器电磁方案设计工作中遏到的困难，弥补了我目溯变压器设计方法的不足． 本文第八章系统地总结了全文的主要成果和结论，并指出了今后有待进一步开展的工作。
丁春红[2]2010年在《基于电场优化的电力变压器小型化研究》文中研究表明随着全国电网的迅速发展,我国发、供电用量逐年大幅增加,对电力变压器的电压等级要求越来越高。为满足产品技术条件和工程要求,电力变压器电压等级的提高,势必促使电力变压器体积的大幅度增大。然而,随着全球能源的短缺,变压器原材料出现了前所未有的大幅度涨价,体积的增大导致制造成本的增加,节能降耗,控制成本已成为变压器行业的发展趋势。本文主要针对传统电力变压器体积大和成本高问题,从主绝缘设计的基础出发,改善变压器的结构和体积。以110kV电力变压器为研究对象,根据电力变压器产品的技术要求,以传统电力变压器的主绝缘结构为初步计算结构,进行电场数值求解,并分析其绝缘性能。采用有限元求解技术,计算分析了电力变压器主绝缘的电场分布,讨论了绝缘隔板、静电环、角环以及主空道距离和绕组到铁轭的距离对主绝缘电场分布的影响,从而获得各影响因素与最大场强之间的关系。为了合理又可靠地确定电力变压器的主绝缘结构,利用了有限元分析软件中的优化模块,对主绝缘结构进行了有限元分析计算和优化设计。根据电力变压器主绝缘结构的实际情况,确定了最优的绝缘尺寸和最合理的主绝缘结构。与传统电力变压器的主绝缘尺寸比较,新型主绝缘结构的主空道距离、绕组到铁轭的距离和角环的结构和布置均有显著的改善。针对电力变压器的新型主绝缘结构进行雷电冲击模拟计算和温升的验证,结果表明,新型的主绝缘结构能耐受雷电冲击和温升小于允许温升的要求。本文采用的电场数值分析方法适用于各电压等级的电力变压器的绝缘分析,具有广泛的适用性。
孙优良[3]2012年在《特高压换流变压器绝缘特性研究》文中研究表明随着电力系统电压等级的提高,直流输电系统因其诸多优点而得到了快速发展,尤其是特高压直流输电,以其大容量和远距离输电特性而得到了大力发展。特高压直流输电系统中最重要的设备就是换流变压器。换流变压器阀侧绕组在运行过程中承受直流、交流复合电场的作用；当遇到直流线路所连接的整流端与逆变端的能量潮流进行反转的短时过程,换流变压器还承受极性反转电压的作用。由此可知,换流变压器内部的电场分布情况与一般的电力变压器相比,是非常不同的,需要做特殊研究。本文针对特高压换流变压器在制造过程中需要耐受的不同绝缘试验的考核及在换流站运行过程中承受的不同电压种类的作用,通过建立与实际产品结构相似的计算模型来分析计算各种电场分布,在满足特高压绝缘水平的前提下,优化得出换流变压器不同的产品结构方案。
付志勇[4]2009年在《改进遗传算法及其在电力变压器优化设计中的应用研究》文中认为电力变压器的电磁参数优化设计是一个多约束、多变量、非线性规划问题。研究其优化设计方法,对改进产品性能及节约能源等方面有着十分重要的意义。遗传算法是一类全局搜索算法,适合于求解变压器优化设计这一类工程优化问题。基本遗传算法的收敛速度和过早收敛等问题影响其在工程优化中的应用,难以得到全局最优解。本文从电力变压器电磁计算方法、改进遗传算法的设计及电力变压器优化设计数学模型的建立等方面,对电力变压器电磁优化设计问题进行了深入研究。本文主要研究内容如下:1、深入研究电力变压器电磁参数计算过程,并进行优化设计的数学建模,建立以有效材料成本、总损耗的单目标优化数学模型和同时考虑这两个方面的双目标优化数学模型。利用评价函数法将多目标优化问题转化为单目标优化问题。2、介绍了基本遗传算法的原理及其数学理论。针对基本遗传算法在电力变压器优化设计时出现的问题,本文通过引入移民算子和基于进化阶段的适应性策略来增加种群的多样性,改善算法的收敛速度和过早收敛,给出了改进遗传算法的流程图。3、将改进遗传算法应用于新S9-315/10型电力变压器的单目标优化和双目标优化中,得出相应的优化结果,并对比基本遗传算法和改进遗传算法的收敛曲线及种群分布。结果表明:改进遗传算法的收敛速度及种群多样性明显优于基本遗传算法,获得比较满意的全局收敛效果;改进遗传算法有助于电力变压器设计的电磁参数优化,得到令人满意的电力变压器优化设计方案。
王少勃[5]2012年在《基于粒子群算法的电力变压器主绝缘设计》文中提出电力变压器是电网中的主要电气设备,随着国民经济的飞速发展和生活水平的不断提高,电能消耗逐年增加,电力变压器的单台容量和安装容量迅速增长,电压等级也相继提高,体积不断增大。然而,随着全球资源短缺,变压器原材料大幅度涨价,当前形势下迫切需要开发和设计新型电力变压器结构。本文主要以节能降耗为出发点,针对传统电力变压器体积偏大和成本较高的问题,以S9-25000/110型电力变压器为研究对象,根据电力变压器产品的技术指标,对电力变压器的主绝缘结构进行电场数值计算,得出了主空道距离、静电环曲率半径、绕组到铁轭的距离以及静电环绝缘层厚度与主绝缘结构电场分布和电场强度最大值的关系曲线,给出了不同因素变化时,最大场强值变化量的曲线图,并对结果进行了讨论分析,针对不同因素对最大场强值的影响能力,提出了降低最大电场强度和生产成本的方法,为降低电力变压器最大场强值以及降低制造成本提供了依据。为了合理又可靠地确定电力变压器的主绝缘结构,本文采用Fortran 95结合有限元分析软件,编写粒子群算法对变压器主绝缘结构进行了优化设计。对影响110kV级变压器主绝缘结构最大场强值的主要参数——主空道距离、静电板到铁轭的距离、静电环曲率半径、及角环的曲率半径进行了优化设计,并对优化结果进行了分析和讨论,给出了电场分布图和最大电场强度值。结果表明,粒子群算法成功应用于电力变压器主绝缘结构设计,在符合相关技术指标的前提下,缩小了变压器体积,降低了制造成本。针对主绝缘结构优化后的电力变压器进行雷电过电压计算和绕组温升计算,对优化后的结果进行验证,验证结果表明,优化后电力变压器主绝缘结构满足雷电冲击和温升限值的相关要求。本文采用粒子群优化算法设计电力变压器主绝缘结构可以广泛应用于多种等级的电力变压器主绝缘结构设计。
陈玉庆[6]2005年在《大型变压器漏磁场、电场和应力场有限元分析》文中研究表明大型电力变压器是电力系统中主要和关键设备之一。随着电力工业的迅速发展,其容量越来越大、电压等级越来越高、结构尺寸越来越大,而其绝缘、磁路、油箱结构的设计和制造的好坏是直接影响其运行质量和经济效益的关键所在。若能在设计和制造上提出更加合理和可行的方案,解决以往经验方法解决不了的问题,对变压器的结构进行优化,则将会具有重要的技术和经济意义。 为此,本论文借助大型有限元分析软件ANSYS,通过对大型电力变压器的电场、漏磁场和油箱应力场的有限元分析,提出优化绝缘结构、磁路结构、油箱箱体结构的方案,指出改善电气性能、机械性能、热性能等性能的方法。 在电场分析中,为简化分析采用了二维有限元法对110KV变压器的电场进行了计算分析。考虑电力变压器绝缘的薄弱环节一般集中在高电压侧,因此分析区域确定为变压器线饼上部的高压侧。分析表明,高压线圈的端部是需要加强绝缘的区域,而低压线圈以及高低压线圈的下部由于电压较低,一般不会出现绝缘问题。 在漏磁场分析中,讨论了电力变压器中漏磁场的类型和作用,运用电磁场理论和有限元法,对其进行了系统的研究,分别建立了二维和三维漏磁场计算模型,准确计算了油箱中的漏磁场分布情况,给出了详细的分析方法,并得出有关结论。变压器容量越大,漏磁场也越强,油箱中损耗就不能忽略。如果不采取措施,油箱壁出现局部过热点能影响变压器性能。传统的计算方法是根据经验公式来估算,这就具有相当大的误差,于是更加准确的有限元法被引进到漏磁场计算中。 在油箱应力分析中,利用三维有限元法对变压器整个油箱力学模型以及箱沿处的边界条件进行了研究,对其在设计载荷下的应变和应力进行了计算分析,得出有关结果,并且根据结果提出了优化变压器油箱结构的方法和措施,从而提高变压器的机械性能,并做到小型化、轻量化。
杜勇[7]2005年在《基于数值模拟技术的电力变压器静电场的研究》文中研究指明在我国变压器生产行业中,传统的以经验和试验为主的设计方法相对于以计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)为代表的新技术来说,已经不再适合现代市场竞争的需要。利用计算机辅助工程的方法,可以在十分接近真实情况的静态和动态运行条件下研究零部件的特性,而无须投入大量的实际试验费用。将CAE 技术引入变压器的设计生产中,可以显著的提高产品的设计性能,缩短设计周期,增强产品的市场竞争力。为了合理又可靠地确定电力变压器的绝缘结构,必须对变压器中的电场分布进行分析和实验研究。本文从电磁场基本理论出发,采用数值仿真技术,对电力变压器主绝缘及纵绝缘结构的电场分布进行详尽的分析。利用参数化设计语言建立了变压器电场分析的参数化有限元模型,通过大量的分析计算得到了电力变压器主绝缘结构的电场分布图以及绝缘结构尺寸与变压器场强最大值之间的关系曲线。从工程应用的角度出发,研究通过计算提取变压器线圈的电容、电感的方法。建立变压器在雷电冲击下的暂态分析模型,得到变压器高压绕组在不同时刻及不同位置时的冲击分布响应。最后对冲击作用下,绝缘结构中的薄弱环节进行电场计算,讨论了绕组纵绝缘结构对电场强度大小的影响。通过变压器电场的分析,为电力变压器可靠运行和绝缘结构的设计提供理论依据。
赵磊[8]2015年在《超高压电力变压器高压出线绝缘结构分析与优化》文中提出电力变压器保证整个电力系统的正常运行，是电力系统的核心设备，一旦变压器故障，可能会导致严重的电力系统中的问题，直接影响电网的输电能力，这也是制约我国电网实现可持续发展的重要因素。高压套管在运行过程中，有运行环境苛刻、电场分布复杂、局部放电以及发热等问题，其运行的可靠性和运行维护对与其配套的电气设备的正常运行十分重要。高压引线连接变压器内部各主要部分，其外形各不相同，且具有恒定的高电压，直接影响附近电场，而引线绝缘结构及其所用绝缘材料是否安全直接关系到变压器的整体绝缘水平。因此，高压套管与高压引线周围的电场计算与绝缘分析，对于提高变压器整体绝缘性能具有重要意义，也是延长变压器使用年限的重要途径。本文在分析超高压电力变压器高压套管底端结构的基础上，首先建立了升高座直筒部分内的高压套管底端二维电场计算模型，并利用商用有限元软件进行电场分析。由分析结果探寻高压套管底端模型绝缘最薄弱的部分，分析安全裕度系数，并计算均压球表面场强分布。对比优化分析中的五种优化算法，选定遗传算法对经过等效介质转换的简易模型进行结构优化，最终得到比较理想的优化结果。本文根据连接高压套管和高压绕组的引线结构特点，建立了升高座拐弯部分内的高压引线三维电场计算模型，并利用商用有限元软件进行电场分析。计算拐弯部分场强最大区域的安全裕度系数，根据引线弯管的结构特点，利用非线性顺序编程算法对引线部分简易模型进行结构优化，最终得到比较理想的优化结果。
吴美研[9]2016年在《电力变压器绕组波过程与绕组纵绝缘结构优化》文中进行了进一步梳理电力变压器绕组的波过程对电力变压器绝缘存在着潜在的威胁,剧烈的波过程可能会是电力变压器绝缘损坏,严重时会导致电力变压器爆炸、电力系统停电等事故。因此,对电力变压器绕组的波过程的分析以及绕组纵绝缘结构的优化就显得尤为重要。本文以电力变压器绕组的等值电感、电容以及电阻参数为基础,分别建立了电力变压器绕组的初始电位分布等值电路和振荡电位分布等值电路。分析了全连续式绕组、内屏-连续式绕组和纠结-连续式绕组对绕组波过程的影响。探讨了电力变压器中性点接地和中性点绝缘情况下的初始、稳态以及振荡电位分布。最后,基于电力变压器绕组电位梯度的考虑,利用遗传算法对电力变压器绕组纵绝缘结构进行了优化分析,并仿真验证了优化效果。研究结果表明,采用内屏-连续式或者纠结-连续式的绕组形式的电力变压器可以明显改善绕组的初始电位分布和电位梯度分布；电力变压器绕组的初始电位分布与中性点接地或中性点绝缘几乎无关；电力变压器绕组的初始电位分布和稳态电位分布相差越大,振荡越强烈；利用遗传算法可以使电力变压器绕组纵绝缘结构得到优化。
许岐岐[10]2010年在《SCB11-1600/10树脂绝缘干式电力变压器的研发》文中提出随着城市向现代化发展,城市供电负荷逐年增加,电力变压器成为人们生活中的一种关键设备。根据GBJ45-82《高层民用建筑设计防火规范》标准规定：油浸电力变压器不得布置在高层主体建筑内(含地下室)。由于干式电力变压器具有运行安全可靠,维护简单,适用于防火要求高的场所,能够深入负荷中心等优点。在短短的十几年的时间里,作为一个新兴的变压器分枝,干式电力变压器在中国的发展非常快,已经成为传统油浸式配电变压器的主要替代品之一。树脂绝缘干式电力变压器已是当今我国变压器行业的热点产品,国内生产厂家纷纷引进国外智力,从而造成了我国树脂绝缘干式电力变压器种类繁多。从而在干式电力变压器的设计和制造工艺中也存在差异,干式电力变压器的性能也存在差异,在国内的干式电力变压器计算中没有统一的研究和公式。根据对这些存在的干式电力变压器种类进行分析,主要是对产量最大的树脂浇注干式电力变压器进行优化设计研究,端部漏磁场,电场数值分析,局部放电问题,绝缘水平和抗短路水平以及噪声水平等问题的研究。对树脂绝缘干式电力变压器SCB11-1600/10进行优化设计,并对其端部漏磁场和电场进行分析,对绝缘距离的选取,局部放电,温升以及抗短路能力等方面进行了详细论述。所研发的变压器通过了电力工业设备质量检验测试中心的试验,并获得了合格的检测报告!
参考文献：
[1]. 电力变压器绝缘结构优化和电磁方案自动设计的研究[D]. 张国强. 华北电力大学. 2000
[2]. 基于电场优化的电力变压器小型化研究[D]. 丁春红. 沈阳工业大学. 2010
[3]. 特高压换流变压器绝缘特性研究[D]. 孙优良. 华北电力大学. 2012
[4]. 改进遗传算法及其在电力变压器优化设计中的应用研究[D]. 付志勇. 内蒙古工业大学. 2009
[5]. 基于粒子群算法的电力变压器主绝缘设计[D]. 王少勃. 沈阳工业大学. 2012
[6]. 大型变压器漏磁场、电场和应力场有限元分析[D]. 陈玉庆. 山东大学. 2005
[7]. 基于数值模拟技术的电力变压器静电场的研究[D]. 杜勇. 新疆大学. 2005
[8]. 超高压电力变压器高压出线绝缘结构分析与优化[D]. 赵磊. 沈阳工业大学. 2015
[9]. 电力变压器绕组波过程与绕组纵绝缘结构优化[D]. 吴美研. 东南大学. 2016
[10]. SCB11-1600/10树脂绝缘干式电力变压器的研发[D]. 许岐岐. 山东大学. 2010