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中的運動規(guī)律及推廣應用方面入手。無論是實驗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，進而保障各類電力設備能夠穩(wěn)定安全地運行都有十分重要的研究價值和應用意義。
　　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，現(xiàn)已取得了豐碩的成果。本文在參考和比較國內(nèi)外一系列變壓器油中放電理論和試驗成果的同時，由基礎物理過程定律入手，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中的運動過程，另一方面是空間電荷對電場的影響。經(jīng)過實踐對比和大量參考文獻的查閱，確定了切實可行的帶電粒子連續(xù)

3、性方程，以及反應帶電粒子對電場影響的空間泊松方程。同時，在查閱許多相關(guān)文獻之后，找出了由國內(nèi)外學者從變壓器油流注放電試驗中獲取到的經(jīng)驗公式計算出來的變壓器油流注放電仿真的輸運和反應系數(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，其對流項是遠遠大于擴散項的，因此適當引入了人工擴散項用來抑制求解過程的數(shù)值振蕩問題。通過對空間電荷在變壓器油中

4、的產(chǎn)生與消失機理的研究，確定了其在帶電粒子連續(xù)性方程中的表達式，進而明確了場致電離為影響流注放電發(fā)展過程的主要電離機制。
　　采用COMSOL Multiphysics仿真軟件進行變壓器油中流注放電數(shù)值模擬，建立相應的二維軸對稱流體模型，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油中流注放電發(fā)展過程的影響。通過對油中流注放電這一過程進行仿真，比對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