大型变压器漏磁场、电场和应力场有限元分析

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。