摘要
近年来，国内外出现多起油浸式电力变压器爆炸事故，给电网公司带来巨大的经济损失和社会效益损失。为了提升油浸式电力变压器的抗爆性能，有必要研究变压器内部故障压力特性分析方法，且以此为基础研究变压器的非电量保护方法并设计变压器油箱的抗爆结构。 现有的变压器压力仿真方法主要考虑了油箱内部结构和绝缘油粘度等条件，未考虑压力波传递时的热传导过程，无法准确反映油箱内部的真实情况。因此，本文在综合考虑油箱结构、绝缘油粘度和波传播过程中热传导的基础上，建立了变压器内部故障压力特性仿真模型，分析了故障特征量与油箱内部压力值之间的关系，并提出了一种基于压力特性的非电量保护方法，进一步设计了基于气体缓冲层的变压器油箱抗爆结构。本文的主要工作如下： ①研究了变压器内部故障情况下的压力分布特性。以电弧能量模型、压力震源模型、压力波传播模型和油箱固体力学模型为基础建立了声-固多物理场耦合模型，同时以SZ11-50000/110变压器为原型建立了变压器三维仿真模型；进一步分析了故障等级、故障位置、故障时间与变压器油箱内部压力分布特性之间的关联关系，得到了变压器匝间短路故障情况下油箱内部的压力分布特性及箱体的应力应变特征；搭建了油中电弧实验平台，部分验证了压力仿真模型的有效性。 ②提出了一种基于有效压力信息的变压器保护方法。分析了变压器内部故障情况下压力释放阀泄压的局限性，利用有限元仿真方法计算了外部短路故障情况下油箱内的压力分布特性，提出了基于有效压力及升压率动作量的变压器保护方法并分析了保护动作后油箱内部的压力分布特性，解决了传统压力保护装置拒动、误动的问题。 ③设计了一种基于气体缓冲层的油箱抗爆结构。分析了压力波在气液两相流中的传播特性并设计了基于气体缓冲层的新型油箱抗爆结构，选择了气体层中的填充气体，进一步利用有限元方法仿真计算了该结构对油箱内压力分布特性的影响，分析并优化了气层压强及气层体积；将基于有效压力信息的变压器保护方法应用于新型抗爆改进式变压器并计算得到了保护的整定值，大幅提升了油浸式电力变压器的抗爆性能。
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