非线性有限元法在极性反转复合绝缘电场分析中的应用

"非线性有限元法在出线装置复合绝缘结构电场计算中的应用" 在电力系统中，换流变压器扮演着至关重要的角色，尤其是对于超/特高压直流输电工程，其运行稳定性直接影响电力系统的可靠性。换流变压器出线结构的绝缘设计必须能够承受各种复杂的工况，如极性反转，这会带来特殊的电气挑战。极性反转时，空间电荷的影响会导致绝缘介质内部和界面处的电场发生畸变。同时，绝缘介质的电性能参数会随温度变化，温度梯度的变化会进一步影响瞬态电场的分布。 非线性有限元法是一种高级的数值计算方法，特别适用于处理材料性质随外部条件（如温度、应力等）变化的问题。在这种情况下，它被用来更准确地模拟复合绝缘结构在考虑温度分布下的极性反转瞬态电场。首先，研究了油浸纸复合绝缘体系的电性能参数与温度之间的关系，这些参数通常包括介电常数、损耗角正切等。然后，详细阐述了非线性有限元法在瞬态电场计算中的应用流程，通过建立双层同轴复合绝缘结构模型来验证这种方法的有效性。 在这个过程中，首先需要建立精确的数学模型，考虑材料的非线性特性，如温度依赖性。接着，利用非线性有限元法将电场与温度场的耦合作用纳入计算，以求解瞬态电场的动态变化。通过这种方法，可以捕捉到电场在极性反转过程中可能出现的剧烈变化和局部高场强区域。 在实际应用中，针对换流变压器出线装置的油纸-环氧浸渍典型复合绝缘结构，构建了二维轴对称的仿真计算模型。通过这种方式，能够在考虑材料非线性效应的情况下，对极性反转瞬态电场进行仿真分析。比较传统模拟方法与考虑材料非线性时的结果，发现两者之间存在显著差异，表明传统方法可能无法充分反映真实情况。 计算结果显示，极性反转期间，复合绝缘结构可能会出现严重的局部电场畸变，这可能导致绝缘性能下降，甚至引发局部放电，对设备的安全运行构成威胁。因此，采用非线性有限元法进行电场计算对于优化绝缘设计、提高设备安全性和可靠性具有重要意义。 总结来说，本文研究了非线性有限元法在模拟换流变压器出线结构复合绝缘在极性反转工况下的瞬态电场分布问题。这一方法提供了更精确的分析工具，有助于理解和解决绝缘系统在极端条件下的潜在问题，对提升换流变压器的整体性能和寿命具有深远影响。