變壓器油的擊穿特性與流注放電過程的數(shù)值模擬.pdf

1、在變壓器的日常運(yùn)行中，其最重要的內(nèi)絕緣介質(zhì)是變壓器油，由此可見變壓器油在保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行中扮演著至關(guān)重要的作用。因此，其絕緣性能的好壞直接影響到電網(wǎng)能否穩(wěn)定運(yùn)行。人們研究變壓器油中放電理論基本上都是從研究帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及推廣應(yīng)用方面入手。無論是實(shí)驗(yàn)研究或是理論探討油中放電的原理過程，分析不同的條件或是電極系統(tǒng)下的液體放電規(guī)律，進(jìn)而保障各類電力設(shè)備能夠穩(wěn)定安全地運(yùn)行都有十分重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用意義。
　　目前，在研

2、究變壓器油中放電現(xiàn)象的過程中，經(jīng)過大量的研究工作與試驗(yàn)，現(xiàn)已取得了豐碩的成果。本文在參考和比較國(guó)內(nèi)外一系列變壓器油中放電理論和試驗(yàn)成果的同時(shí)，由基礎(chǔ)物理過程定律入手，構(gòu)建了變壓器油流注放電發(fā)展過程的物理模型，包括電極結(jié)構(gòu)以及仿真計(jì)算區(qū)域。在變壓器油流注放電的發(fā)展過程中，影響其發(fā)展的物理過程的因素主要有兩方面，一方面是帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)過程，另一方面是空間電荷對(duì)電場(chǎng)的影響。經(jīng)過實(shí)踐對(duì)比和大量參考文獻(xiàn)的查閱，確定了切實(shí)可行的帶電粒子連續(xù)

3、性方程，以及反應(yīng)帶電粒子對(duì)電場(chǎng)影響的空間泊松方程。同時(shí)，在查閱許多相關(guān)文獻(xiàn)之后，找出了由國(guó)內(nèi)外學(xué)者從變壓器油流注放電試驗(yàn)中獲取到的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出來的變壓器油流注放電仿真的輸運(yùn)和反應(yīng)系數(shù)。之后，分別考量物理模型、帶電粒子連續(xù)性方程以及空間泊松方程的不同條件，確定了相應(yīng)的邊界條件和參數(shù)選擇。考慮到在帶電粒子的連續(xù)性方程的求解過程中，其對(duì)流項(xiàng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于擴(kuò)散項(xiàng)的，因此適當(dāng)引入了人工擴(kuò)散項(xiàng)用來抑制求解過程的數(shù)值振蕩問題。通過對(duì)空間電荷在變壓器油中

4、的產(chǎn)生與消失機(jī)理的研究，確定了其在帶電粒子連續(xù)性方程中的表達(dá)式，進(jìn)而明確了場(chǎng)致電離為影響流注放電發(fā)展過程的主要電離機(jī)制。
　　采用COMSOL Multiphysics仿真軟件進(jìn)行變壓器油中流注放電數(shù)值模擬，建立相應(yīng)的二維軸對(duì)稱流體模型，模擬脈沖電壓下油中球板電極的放電過程，分析不同電壓幅值與間隙距離對(duì)油中流注放電發(fā)展過程的影響。通過對(duì)油中流注放電這一過程進(jìn)行仿真，比對(duì)不同條件下的流注發(fā)展情況和特性，并依據(jù)得到的流注放電過程的仿真