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《华北电力大学》 2000年
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电力变压器绝缘结构优化和电磁方案自动设计的研究

张国强  
【摘要】: 本文在全面深入地总结相关文献的基础上,针对与电力变压器绝缘结构和电磁设计 有关的理论与计算问题,开展了大量的研究与计算,取得了一些具有重要学术意义和工 程实用价值的成果。 随着计算机硬件技术的迅猛发展和电磁场数值分析方法的日臻完善,使变压器的绝 缘结构优化和电磁方案的自动设计成为可能。本文基于电磁场有限元方法和灵敏度分析 技术,重点对电力变压器的绝缘结构整体排布、电极形状优化和电磁方案的自动设计等 问题进行研究。 全文主要包括四部分内容。 第一部分由第二章组成。该部分系统深入地研究了电磁场有限元法的灵敏度分析 的基本原理和计算方法,集中解决该领域面临的一些计算方法的难题。目前,优化方法 的研究多停留在局部寻优的确定性方法或全局寻优的随机性方法上,在寻优的过程中, 或陷于局部极值点无法找到全局最优;或需要大量的电磁场计算并按一定规律调整待优 化变量,使目标函数随机地逐步逼近最优。由于计算量巨大,使工程技术人员难以接受。 因此,本文提出在进行若干次电磁场数值计算之后,利用目标函数值和目标函数对设计 变量(几何参数或物理参数)的灵敏度(即目标函数的梯度)建立目标函数的计算方法。 用n维埃尔米特(Hermite)插值技术建立设计变量在可行域上的目标函数的逼近函数; 将局部寻优的梯度算法和全局寻优的随机算法结合起来,大幅度地降低寻优过程中电磁 场的计算次数。由于用埃尔米特逼近函数代替了电磁场数值计算求目标函数,最大限度 地降低了寻优过程中的计算代价。 第二部分由第三章组成。该部分系统深入地研究了电力变压器绝缘结构优化设计 的可靠性评价理论,集中解决了变压器绝缘设计可靠性评价方法的难题。提出运用全域 扫描的方法对变压器绝缘结构进行评价,并通过理论计算和模型试验的对比分析,证明 了上述绝缘可靠性评价理论及全域扫描方法的正确性和有效性。 第三部分由第四~六章组成。该部分运用本文第一、二部分提出的理论分析方法, 详细介绍了基于灵敏度分析的新计算方法在电力变压器静电环电极形状优化设计中的 应用,以及全域扫描的可靠性评价新方法在大型电力变压器绝缘结构整体排布优化设计 华北电力大学工学博士学位论文 中文橱瞩 中的应用。还提出了运用多段规则曲线拟合的方法对大型电力变压器的高压套管均压球 进行优化设计,得出了既具有了较好的工艺性又具有较好的电场强度分布的最佳的电极 形状.此外,还对超高压大容量壳式变压器的赢压线口三维电场及绝缘可靠性间题做了 深人地计算和分析,为我国研制开发大型敝变压器提供了重耍的茧础设计依据. 第四部分由第七章组成。该部分提出了基于灵敏度分析的电力变压器电磁方案自 动设计方法.撇计算线回电戳力实现电感的灵砧计算,实现变压器的短路阻抗等性 能多鳖以及主要结构尺寸的自动设计.该方法重点解决了大型壳式变压器电磁方案设计 工作中遏到的困难,弥补了我目溯变压器设计方法的不足. 本文第八章系统地总结了全文的主要成果和结论,并指出了今后有待进一步开展 的工作。
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