CN108717482A - 风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，包括步骤：S1：利用COMSOL多物理场仿真软件建立一风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型；S2：通过改变所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的参数进行多组仿真测试，并记录仿真测试数据；S3：根据所述测试数据分析所述气泡子模型的大小位置与最大场强的关系。本发明的一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，通过对绝缘纸板的各种绝缘特征量进行检测，与局部放电的严重程度相结合，以此为风力发电变压器从设备检修到状态检修提供参考，使决策更加稳定可靠。

Description

风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法

技术领域

本发明涉及风力发电变压器绝缘保护领域，尤其涉及一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法。

背景技术

变压器是电力***设备中十分重要的设备之一，若风力发电变压器出现故障会对人身安全以及经济造成无法估计的影响，而大量资料表明，这些电气设备绝缘性能的损坏是导致他们设备失效的主要原因，其中绝缘子中环氧树脂内部存在气泡缺陷时是最易引起绝缘子内部放电的一个因素，因此分析含气泡缺陷的绝缘子电场对其内部绝缘的影响是非常有意义的，对于风电场以及电网稳定运行也有着非常重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，通过对绝缘纸板的各种绝缘特征量进行检测，与局部放电的严重程度相结合，以此为风力发电变压器从设备检修到状态检修提供参考，使决策更加稳定可靠。

为了实现上述目的，本发明提供一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，包括步骤：

S1：利用COMSOL多物理场仿真软件建立一风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型，所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型包括一油滴子模型、一绝缘纸板子模型、一气泡子模型和两球电极子模型，两所述球电极子模型位于所述油滴子模型内，所述绝缘纸板子模型位于两所述球电极子模型之间并位于所述油滴子模型内，所述气泡子模型位于所述绝缘纸板子模型内；

S2：通过改变所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的参数进行多组仿真测试，并记录仿真测试数据；

S3：根据所述测试数据分析所述气泡子模型的大小位置与最大场强的关系。

优选地，所述S1步骤进一步包括步骤：

建立所述油滴子模型、所述绝缘纸板子模型、所述气泡子模型和所述球电极子模型；

设置属性参数。

优选地，所述建立所述油滴子模型、所述绝缘纸板子模型、所述气泡子模型和所述球电极子模型步骤中：

采用二维轴对称的模式建模，所述球电极子模型半径为4mm；所述绝缘纸板子模型宽10mm，高2mm；所述气泡子模型呈圆形；所述油滴子模型的半径为24mm。

优选地，所述设置模型的属性参数步骤进一步包括步骤：

设置所述球电极子模型的材质为金属黄铜，相对介电常数为1e8；设置所述气泡子模型为空气气泡，相对介电常数为1；设置所述绝缘纸板子模型的介电常数为3；设置所述油滴子模型的介电常数为2.23；设置所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的电位，对所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的顶部施加高电位500kV，将所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的底部作为低电位接地。

优选地，所述S2步骤进一步包括步骤：

S21：建立一空间坐标系，所述空间坐标系包括相互垂直的一X轴、一Y轴和一Z轴，所述Z轴沿竖直方向设置；

S22：对所述球电极子模型施加15kV的工频电压；

S23：固定所述气泡子模型的圆心，同时多次改变所述气泡子模型的半径，记录第一仿真测试数据组；

S24：将所述气泡子模型的半径设定为一定值，然后沿所述Z轴方向多次改变所述气泡子模型的圆心的位置，记录第二防止测试数据组；所述仿真测试数据包括所述第一仿真测试数据组和所述第二防止测试数据组。

优选地，所述S3步骤进一步包括步骤：

根据所述属性参数和所述工频电压，利用所述COMSOL多物理场仿真软件绘制获得一电势分布图和一电势云图；

根据所述电势分布图、所述电势云图和所述第一仿真测试数据组绘制获得一气泡半径大小与最大场强关系图；根据所述气泡半径大小与最大场强关系图分析所述气泡子模型与最大场强的关系；

根据所述电势分布图、所述电势云图和所述第二仿真测试数据组绘制获得一气泡位置与最大场强关系图；根据所述气泡位置与最大场强关系图分析所述气泡子模型在所述绝缘纸板子模型内的位置与最大场强的关系。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

本发明采用COMSOL多物理场仿真软件，建立了类似于真实试验模型的仿真物理模型，对其电场分布进行了计算，以其高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。可清晰观测出沿面放电对电场强度影响最小的气泡模型，从而可在设备检修过程中提供可靠的数据参考，并研究了气泡大小及位置对电场分布的影响；对于提高风力发电***运行的安全稳定性有着非常重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例的风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法的流程图；

图2为本发明实施例的风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型结构示意图；

图3为本发明实施例的气泡半径大小与最大场强关系图；

图4为本发明实施例的气泡位置与最大场强关系图。

具体实施方式

下面根据附图1～图4，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1和图2，本发明实施例的一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，包括步骤：

S1：利用COMSOL多物理场仿真软件建立一风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型，风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型包括一油滴子模型1、一绝缘纸板子模型2、一气泡子模型3和两球电极子模型4，两球电极子模型4位于油滴子模型1内，绝缘纸板子模型2位于两球电极子模型4之间并位于油滴子模型1内，气泡子模型3位于绝缘纸板子模型2内；

其中，S1步骤进一步包括步骤：

建立油滴子模型1、绝缘纸板子模型2、气泡子模型3和球电极子模型4；其中，采用二维轴对称的模式建模，球电极子模型4半径为4mm；绝缘纸板子模型2宽10mm，高2mm；气泡子模型3呈圆形；油滴子模型1的半径为24mm。

设置属性参数，设置模型的属性参数步骤进一步包括步骤：

设置球电极子模型4的材质为金属黄铜，相对介电常数为1e8；设置气泡子模型3为空气气泡，相对介电常数为1；设置绝缘纸板子模型2的介电常数为3；设置油滴子模型1的介电常数为2.23；设置风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的电位，对风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的顶部施加高电位500kV，将风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的底部作为低电位接地。

S2：通过改变风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的参数进行多组仿真测试，并记录仿真测试数据；

本实施例中，S2步骤进一步包括步骤：

S21：建立一空间坐标系，空间坐标系包括相互垂直的一X轴、一Y轴和一Z轴，Z轴沿竖直方向设置；

S22：对球电极子模型4施加15kV的工频电压；

S23：固定气泡子模型3的圆心，例如，可固定在Z轴坐标值为0的位置，同时多次改变气泡子模型3的半径，记录第一仿真测试数据组，第一仿真测试数据组包括气泡子模型3的半径大小；

S24：将气泡子模型3的半径设定为一定值，然后沿Z轴方向多次改变气泡子模型3的圆心的位置，例如，可设置气泡子模型3的半径为0.3mm；然后沿X轴坐标值为2的Z轴方向多次改变气泡子模型3的圆心的位置，本实施例中，Z轴坐标值多次的取值为：-0.7、-0.6、-0.5、-0.4、-0.3、-0.2、-0.1、0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和0.7。记录第二防止测试数据组，第二防止测试数据组包括气泡子模型3的圆心的位置的Z轴坐标值；

仿真测试数据包括第一仿真测试数据组和第二防止测试数据组。

S3：根据测试数据分析气泡子模型3的大小位置与最大场强的关系。

其中，S3步骤进一步包括步骤：

根据属性参数和工频电压，利用COMSOL多物理场仿真软件绘制获得一电势分布图和一电势云图；电势分布图用于显示风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型上的多条电势等值线，以及各电势等值线的数值，数值通过不同的颜色显示；电势云图用于显示风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型上的多个电势等值曲面，以及各电势等值曲面的数值，数值通过不同的颜色显示。

请参阅图2和图3，根据电势分布图、电势云图和第一仿真测试数据组绘制获得一气泡半径大小与最大场强关系图，根据气泡半径大小与最大场强关系图分析气泡子模型3与最大场强的关系。本实施例中，可得到当气泡子模型3的圆心的位置不变时，随着气泡子模型3的半径的增大，对局部电场的畸变作用也就越大的结论。

请参阅图2和图4，根据电势分布图、电势云图和第二仿真测试数据组绘制获得一气泡位置与最大场强关系图；根据气泡位置与最大场强关系图分析气泡子模型3在绝缘纸板子模型2内的位置与最大场强的关系。本实施例中，当气泡子模型3半径大小为0.3mm，气泡子模型3的Z轴坐标值为-0.7时对局部电场影响最小。

本发明实施例的一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，采用COMSOL多物理场仿真软件，建立了类似于真实试验模型的仿真物理模型，对其电场分布进行了计算，以其高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真，并研究了气泡大小及位置对电场分布的影响。

本发明实施例的一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，可应用在风电机组变压器绝缘保护方面，可以对绝缘故障进行局部放电在线监测，为设备检修从计划检修向状态检修提供数据参考，实现了可靠、安全、实时的对电机运行状态的监测。对于电力***的安全稳定运行也有着非常重要的意义。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，包括步骤：

S1：利用COMSOL多物理场仿真软件建立一风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型，所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型包括一油滴子模型、一绝缘纸板子模型、一气泡子模型和两球电极子模型，两所述球电极子模型位于所述油滴子模型内，所述绝缘纸板子模型位于两所述球电极子模型之间并位于所述油滴子模型内，所述气泡子模型位于所述绝缘纸板子模型内；

S2：通过改变所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的参数进行多组仿真测试，并记录仿真测试数据；

S3：根据所述测试数据分析所述气泡子模型的大小位置与最大场强的关系。

2.根据权利要求1所述的风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，其特征在于，所述S1步骤进一步包括步骤：

建立所述油滴子模型、所述绝缘纸板子模型、所述气泡子模型和所述球电极子模型；

设置属性参数。

3.根据权利要求2所述的风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，其特征在于，所述建立所述油滴子模型、所述绝缘纸板子模型、所述气泡子模型和所述球电极子模型步骤中：

采用二维轴对称的模式建模，所述球电极子模型半径为4mm；所述绝缘纸板子模型宽10mm，高2mm；所述气泡子模型呈圆形；所述油滴子模型的半径为24mm。

4.根据权利要求3所述的风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，其特征在于，所述设置模型的属性参数步骤进一步包括步骤：

设置所述球电极子模型的材质为金属黄铜，相对介电常数为1e8；设置所述气泡子模型为空气气泡，相对介电常数为1；设置所述绝缘纸板子模型的介电常数为3；设置所述油滴子模型的介电常数为2.23；设置所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的电位，对所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的顶部施加高电位500kV，将所述风力发电变压器绝缘纸板内部气泡仿真模型的底部作为低电位接地。

5.根据权利要求4所述的风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，其特征在于，所述S2步骤进一步包括步骤：

S21：建立一空间坐标系，所述空间坐标系包括相互垂直的一X轴、一Y轴和一Z轴，所述Z轴沿竖直方向设置；

S22：对所述球电极子模型施加15kV的工频电压；

S23：固定所述气泡子模型的圆心，同时多次改变所述气泡子模型的半径，记录第一仿真测试数据组；

S24：将所述气泡子模型的半径设定为一定值，然后沿所述Z轴方向多次改变所述气泡子模型的圆心的位置，记录第二防止测试数据组；所述仿真测试数据包括所述第一仿真测试数据组和所述第二防止测试数据组。

6.根据权利要求5所述的风力发电变压器绝缘纸板内部气泡模型评估方法，其特征在于，所述S3步骤进一步包括步骤：

根据所述属性参数和所述工频电压，利用所述COMSOL多物理场仿真软件绘制获得一电势分布图和一电势云图；

根据所述电势分布图、所述电势云图和所述第一仿真测试数据组绘制获得一气泡半径大小与最大场强关系图；根据所述气泡半径大小与最大场强关系图分析所述气泡子模型与最大场强的关系；

根据所述电势分布图、所述电势云图和所述第二仿真测试数据组绘制获得一气泡位置与最大场强关系图；根据所述气泡位置与最大场强关系图分析所述气泡子模型在所述绝缘纸板子模型内的位置与最大场强的关系。