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合成绝缘子三维电场分区边界元法的研究

刘姜玲  
【摘要】: 目前,随着线路合成绝缘子的大量使用,合成绝缘子在运行中已经出现了各种各样的问题,其中合成绝缘子电场过高引起局部放电和绝缘过早老化等就是很常见的问题。因此要研究和改进合成绝缘子的性能就很有必要对合成绝缘子进行电场分析。 本文在总结电场计算方法的基础上,根据合成绝缘子的特点,选择了分区边界元求解方法。把求解区域按介质不同划分为两个小区域,在每个小区域里应用边界元法,然后利用分界面条件将两个区域里的方程联立得到分区边界元方程。求解分区边界元方程就可以得到边界上的电位和电场。该方法不但保留了原边界元法易于处理开域场的优点而且还克服了边界元法无法解决分区均匀媒质场的局限性。 奇异积分问题是边界元法最大的问题之一,本文采用高斯积分法来解决。但因而又引入了高斯积分误差,这将影响整个边界元算法的可靠性,因此本文对二维和三维边界元积分精度进行了深入的研究。分析了距离、角度、单元尺寸以及高斯点个数等因素对积分精度的影响,提出了一套满足不同精度要求的积分判据。并进而提出了在积分判据内改善积分精度的方法。本文还对奇异积分的高斯积分精度进行了计算分析,从量值上来反映高斯积分解决奇异积分的可靠性。 基于推导的分区边界元算法公式,编制了二维和三维电场分析程序。应用二维电场分析程序对二维任意连通和不连通边界形状模型进行了分析,验证了二维程序的正确性和对不连通域的可求解性,对工程中三维边界元法的应用范围具有参考意义。应用三维程序,分析了35kV和110kV实际合成绝缘子模型,由电场计算结果可以进行一些有价值的讨论,对工程设计和现场实验具有参考作用。


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