变压器电磁场问题的自适应有限元分析方法研究

【摘要】： 变压器是电力系统大量应用的重要装备之一,随着交直流特高压输电项目的建设,变压器的电压等级也达到了百万伏级。变压器内电磁场问题的有效分析对于降低变压器制造成本、提高变压器性能指标及高电压大容量新产品开发具有重要意义。本文对自适应有限元分析方法在变压器电磁场问题中的应用进行了系统化的研究,针对后验误差估计、自适应迭代过程控制及网格生成等自适应有限元分析的关键环节给出了一系列新的算法,并成功开发了既可用于变压器优化设计程序又可单独运行的变压器电磁场问题自适应有限元分析程序。 高压直流输电换流变压器绝缘结构设计要求进行传导电流场分析,本文推导了考虑绝缘材料各向异性及非线性特性的有限元离散化公式,并研究了瞬态传导电流场的计算方法。 后验误差估计是自适应有限元分析的关键环节。本文详细研究了余量法、平均法针对电磁场问题的实现方法,给出了在涡流场分析时的计算公式,提出了计算优于经典平均法的CIL与CAL方法。对于如何应用后验误差估计进行网格加密控制,也给出了自己的实现方法。 自适应有限元分析的过程就是网格不断优化改进的过程。本文研究了初始网格及加密网格的生成方法,给出了适合变压器电磁场问题分析的完整网格生成解决方案。在此基础上,开发了可以进行静电场、静磁场、传导电流场及涡流场分析的变压器电磁场自适应有限元分析程序,该程序具有跨平台、数据驱动及可以结合进变压器电磁计算程序等特点。 TEAM WORKSHOP问题及变压器电磁场问题分析实例验证了本文研究成果的正确性和有效性。