DCTV阻容分压器热平衡条件下温度及传热特性分析与计算

传统直流电压互感器用阻容分压器作传感器,阻容分压器具有明显的自热效应,而且容易受到空气温度的影响,了解阻容分压器的温度分布及散热情况具有重要的意义。为此,结合经典的传热理论,建立了阻容分压器的传热模型,分析了热平衡时阻容分压器的传热过程,介绍了一种在热平衡条件下计算阻容分压器温度分布和散热情况的迭代算法,对典型尺寸的阻容分压器进行了计算,研究了阻容分压器的温度分布和散热情况以及空气温度、分压器功率对变压器油温度的影响。计算结果表明:①绝缘套管的散热量占总散热量的96%以上,金属盖板的散热量不到金属底板散热量的1/3;②在20°C、500W条件下达到热平衡时,变压器油的温度为43.04°C,绝缘套管内、外壁的温度差为3.61°C;③40°C条件下,1000W时的变压器油温度比500W时的高17°C;④500W条件下,40°C时的变压器油温度比20°C时的高20°C。     

±800kV直流分压器典型绝缘故障的仿真分析与应对措施

直流分压器是换流站内的重要电压测量设备,其绝缘故障将直接影响直流输电系统的运行。针对两起±800 kV直流分压器的典型绝缘故障,结合设备解体情况,分析了直流分压器的绝缘结构,运用ANSYS有限元仿真软件,对不同运行工况下分压器的电位和电场分布进行了计算分析,明确了故障原因为:在恶劣的外绝缘运行环境下,分压器环氧筒外套绝缘电阻发生非线性下降,其与阻容分压单元轴向电阻的不匹配导致了分压器轴向电位差,进而引起环氧筒局部放电、沿面放电,以及阻容分压单元径向局部放电和SF_6气体间隙击穿。提出了改善分压器外绝缘电位分布、提高分压器内部局放及击穿阈值、开展针对性运行维护的应对措施。研究成果对于指导直流分压器的选型与运行维护,提高分压器运行的可靠性均具有重要意义。     

变压器套管传热性能的数值模拟和试验验证

为获得较为准确的变压器套管温度分布情况,以某油纸绝缘套管为研究对象进行了数值计算分析和温升试验测量。首先通过有限体积法和热–流耦合分析得到了套管在长期稳定工作下的温升分布。计算中使用Bossinesq来近似处理空心导电杆内和芯子–伞裙间隙中的变压器油在传热过程中的对流作用。计算表明变压器套管在3 150A电流载荷下长期工作时温升最高点位于靠近法兰部位的导电杆上,为77.261℃。套管导电杆内部的油和芯子部位的油与壁面的对流换热系数约为100 W/(m·K),表明了油的缓慢流动对于套管内部传热起到了较为明显的作用。通过温升试验测量套管导电杆和外表面温度值,测量结果表明在导电杆的21个点上温度计算值与测量值误差6%。证明使用的套管温度计算方法可靠,可以在工程中指导变压器套管的结构设计和校核。     

载流条件下环氧胶浸纸套管温度分布及绝缘特性

为研究环氧胶浸纸套管内部温度分布及对应的绝缘性能，构建了套管温升与绝缘性能同步测试回路，获得了不同电流下套管芯体温度分布及热点温度对套管绝缘性能的影响规律。结果表明：载流条件下套管油端芯体最大直径处存在由于热量累积导致的局部热点；在与套管绝缘材料接触的热点温度<100℃时，绝缘介质中松弛极化损耗现象明显，tanδ随频率变化曲线存在损耗“峰”和“谷”，曲线随着温度增加向高频方向平移，当热点温度>120℃时，绝缘介质中电导损耗作用突出，tanδ随频率变化曲线在对数坐标系中呈直线下降趋势；热点温度>140℃将损坏套管内部绝缘，恢复常温后tanδ和电容量急剧增加，绝缘电阻大幅下降；当热点温度>200℃时，套管内部将产生大量气体，芯体开裂，tanδ突增而电容量突降。该研究可为套管优化设计、试验及运行状态评估提供参考。     

±800 kV换流站直流线路分压器二次分压板电阻失效原因分析

±800 kV普侨直流在运行中出现3次由于直流线路分压器测量异常导致的直流非计划停运。经分析,3次直流分压器测量异常均为直流线路分压器二次分压板支路电阻失效导致。通过对3次故障中的直流线路分压器二次分压板进行解体试验,发现直流线路分压器二次分压板存在设计缺陷。该分压器二次分压板电阻在直流电场及潮湿环境的共同作用下会产生电化学腐蚀现象,造成单一支路电阻变大,从而影响整个直流分压器的测量精度,导致普侨直流的非计划停运事件。     

高压精密直流电阻分压器散热设计

直流电阻分压器的散热问题是制约其长期运行可靠性、测量精度的关键因素之一.尤其在分压器工作电流较高时.笔者通过实验及仿真分析相结合的方法.找到了一种解决方案.设计了一种以高导热系数的固体物质为绝缘介质的直流分压器结构,进行了温度场的计算和温度测量试验.该设计为开发直流电子式电压互感器产品提供了基础.     

运行环境对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响

为研究多环境因素对换流变压器阀侧典型油纸绝缘结构电场分布的影响,在-20℃ ～80℃以温度和含水率为变量对变压器油和浸油纸板进行电导率和相对介电常数的测量.建立换流变压器阀侧主绝缘模型,利用实测数据建立动态材料属性,通过仿真得到不同温度、含水率在外施电压幅值为800 kV的纯交流、83％直流含量、87.5％直流含量以及纯直流条件下的油纸绝缘结构电场分布.研究结果表明:当温度为-20℃或0时浸油纸板电导率随电场强度升高呈先降后升的趋势,而当温度为20℃或80℃时浸油纸板电导率随电场强度呈上升趋势.温度、含水率和外施电压直流含量均会对油纸绝缘电场分布产生影响,最大场强的位置会随外施电压直流分量与浸油纸含水率的变化而改变;运行温度下换流变主绝缘承受的场强高于常温下;水分会使绝缘纸板电导率明显上升甚至高过绝缘油,导致油中场强高于纸板中.     

片式散热器冷却变压器绕组和油的温升工程计算方法的研究

片式散热器冷却变压器具有散热效率高,散热能力强的优点,其绕组和油的温升直接影响了变压器的绝缘性能,因此对变压器绕组和油的温升进行研究具有十分重要的意义。现有的绕组和油的温升计算方法较为复杂,计算误差相对较大。为了简化计算量,提高计算效率,避免复杂过程,提出了一种片式散热器冷却变压器绕组和油的温升工程计算方法,在分析了变压器的发热散热过程基础上,对片式散热器冷却变压器绕组对油的平均温升(铜油温差)、油平均温升、油顶层温升、绕组平均温升等进行计算,将工程计算的结果与变压器厂测得的结果做对比,验证了该工程算法的可行性。     

油浸式电力变压器动态热路改进模型

油浸式电力变压器绕组的热点温度是指导变压器负载运行方式和影响变压器绝缘寿命的重要参数,准确计算绕组热点温度具有重要意义。在分析运行变压器散热过程的基础上,考虑油箱外壁与周围环境的热量传递,利用传热学原理和热电类比方法,定义非线性热阻和集总热容,并考虑油粘度随温度的变化,建立电力变压器动态等效热路的改进计算模型。将模型的计算结果与实验室自然油循环自然空气(oilnatural-air natural,ONAN)冷却方式下100 kVA/5 kV油浸式温升试验变压器实测数据和IEEE Std C57.91推荐方法计算值进行对比,比较结果表明:通过改进模型计算的变压器顶层油温和绕组热点温度具有较高的精度。     

ECS中实现变压器绕组温度的监测

变压器各部件的温升是否符合有关规定的要求,是变压器能否长期安全运行的重要依据。变压器温升的大小直接影响变压器的寿命,影响变压器绝缘的老化进程。国家标准规定油浸电力变压器绕组的平均温升不超过其年平均温度规定值65K,否则绝缘寿命就会缩短。变压器在做绕组的温升试验及计算时,只能得出绕组的平均温升,而绕组的最热点比平均温升一般高出10℃～15℃。     

500kV单相变压器直流偏磁下损耗及绕组热点温度的计算分析

为了分析直流偏磁对电力变压器顶层油温度和绕组热点温度的影响,本文提出了基于场路耦合模型和热路模型的直流偏磁下顶层油温度和绕组热点温度的计算方法.利用该方法计算分析了某500 kV单相自耦变压器在直流偏磁下的损耗、顶层油温度和绕组热点温度等的变化规律.直流偏磁后,变压器绕组损耗略有下降,铁心、夹件等钢结构件的损耗随直流偏磁电流的增大而增大.由于地磁感应电流(GIC)波形的短时脉冲特性,GIC作用下的变压器顶层油温升和绕组热点温升均低于相同直流偏磁电流下的稳态温升.本文的研究方法和结论对变压器耐受直流偏磁能力的研究具有一定的参考价值.     

大型汽轮发电机出线套管传热特性研究

随着发电机容量的增大，对其各部件的温升提出了更高的要求，作为发电机部件之一的出线套管必须采用冷却介质冷却，且其冷效果的好坏直接关系到套管的可靠性，进而影响汽轮发电机的安全运行，为此，在深入分析出线套管传热特性的基础上，对不同运行工况下出线套管的内冷却介质温升以及导电杆温度分布进行了计算与分析。结果表明：在正常运行工况下，只要套管内通有一定量的冷却水，完全可以确保可靠运行，对于相同的冷却水流量，三相短路工况冷却水温升最大，暂态短路工况冷却水温升最小；为防止冷却水在导电杆内发生过冷沸腾而影响冷却的最小流量；在正常运行工况下，套管的温度不会影响其可靠运行，上述结果为出线套管的合理设计与可靠运行提供了依据。     

500kV集中式标准电容分压器的研制

研制了一种基于标准电容器的集中式电容分压器,该分压器的高低压臂电容电极采用同种金属极板材料并处于压缩SF6气体绝缘介质中,可以保证分压器高低压臂电容温度系数、电压系数等特性参数的一致性,进而保证电容分压器分压比的稳定性;采用理论计算及仿真分析相结合的方式确定了标准电容器各部分的尺寸。针对绝缘外筒表面上存在电压分布不均匀的情况,在分压器内部加设多层均压电极后改善了绝缘套管上的电场分布情况。经实际测试,标准电容分压器高压臂电容量及分压比实测值与理论计算值十分接近,其高压臂电容量电压系数为1.01×10-5。     

极性反转电压下的油纸绝缘空间电荷特性

极性反转电压下换流变压器内部电场分布复杂，而空间电荷是引起电场畸变的重要因素。为研究极性反转电压下油纸绝缘空间电荷与电场分布特性，为此利用电声脉冲法开展了不同温度下单层油浸纸板与油-纸双层绝缘空间电荷试验研究。研究发现：不同温度下单层油浸纸板空间电荷在极性反转过程中变化很少，极性反转后电极附近电荷密度与电场畸变严重；温度通过改变反转前空间电荷分布影响极性反转过程中电场分布。双层绝缘中，温度升高导致油-纸界面电荷和纸中空间电荷密度降低；电压极性反转过程中，不同温度下纸内部空间电荷变化较少，常温时双层暂态电场符合容性电场分布；而60℃时油-纸界面电荷密度与极性快速变化，导致双层暂态电场分布不符合容性电场分布。     

500 kV压缩气体标准电容分压器的研制

传统的电容分压器由于高低压臂的结构和材质不同,难以保证其分压比的稳定性,为此研制了一种基于平板电极结构的集中式标准电容分压器,该分压器的高低压臂电容电极采用同种金属极板材料,并处于压缩SF_6气体绝缘介质中,可以保证分压器高低压臂电容温度系数、电压系数等特性参数的一致性,进而保证电容分压器分压比的稳定性。采用理论计算及仿真分析相结合的方式确定了标准电容器各部分的尺寸,针对分压器绝缘外筒表面上电压分布不均匀的情况,在分压器内部加设多层均压电极后改善了绝缘套管上的电场分布情况。经实际测试,标准电容分压器高压臂电容量及分压比实测值与理论计算值十分接近,其高压臂电容量电压系数优于1.5×10~(-5),分压器线性度优于1.0×10~(-4),可以作为标准电压分压器使用。     

基于有限体积法的油浸式变压器绕组温度分布计算

针对变压器内部产热散热的对流换热过程,并考虑到变压器内部系统的非齐次性,采用有限体积法(FVM)将支配流动与传热的控制偏微分方程对微小控制体积积分,构造一组离散的控制方程,结合系统的初始条件和边界条件,求解一类自然油循环电力变压器温度场,仿真计算绕组温度分布.并与实验室温升用试验变压器不同条件下的实测数据进行对比验证,...     

电力变压器标准中某些有关条文的试释

试将变压器诸标准中有关正常使用条件、温升限值和冲击试验等，从理论上结合实践作粗浅的解释，或有助于更深理解其含意。1温升限值GB1094．2—85表3列举变压器的温升限值，顶层油温升为55K，用温度计测量，线圈温升为65K，用电阻法测量。后者测出的是线圈的平均温度，而不是最热点的温度。变压器绕组的事故往往发源于最热点，最热点的位置大约在靠近统组的顶部，但更确切的位置既不易计算，也难以测出。油浸电力变压器线圈的设计计算温升也是平均值，首先计算绕组对油的温升，它与统组的型式、表面积和热负荷以及变压器冷却油路的结构等…     

换流变套管末屏电压采集器铁磁谐振机理分析及抑制

特高压换流变压器的阀侧套管安装有电容型末屏分压装置,用于传变阀侧交流电压。实际运行过程中发现,在线投入阀组时,由于在运直流系统的激励,投入阀组换流变阀侧套管末屏电压采集器会发生铁磁谐振现象,可能引发充电状态下的换流变压器保护误动作。文中基于实际运行故障录波进行了谐波分析,得出谐振发生的特征频率;通过分析末屏分压器及电压变送器电气原理搭建了暂态仿真模型,利用PSCAD/EMTDC建模重现了铁磁谐振发生的工况;在理论分析的基础上提出了改进分压器避免谐振发生的具体措施。     

1100kV直流电阻标准分压器电场仿真分析和方案设计

目前,我国直流电压比例标准的最高电压等级为800 kV,若直接套用该标准进行1100 kV直流电压互感器现场校准实验,其周围电场的分布仍不均匀,将导致准确度降低,故文中针对这些问题研究设计了1100 kV直流电阻标准分压器。本文基于Ansys仿真软件搭建了1100 kV直流电阻标准分压器的有限元模型,计算并分析了分压器周围和沿测量电阻层方向上的电场分布,得出了均压环的尺寸和位置对分压器周围最大场强的影响特性,通过合理设置均压环的圆心到地面的距离、内环半径、圆心到对称轴的距离,可大幅改善分压器周围最大场强。本算例中,分压器周围最大场强的大小从6869.37 V/mm降低到1566 V/mm,提高了绝缘水平;施加屏蔽电阻层后,沿测量电阻层上的电场强度减小到142.17 V/mm,且分布均匀,提高了测量准确度。本设计对分压器设计、制造、运行等部门有较好的借鉴作用。     

一起雷击引起的35 kV变压器运行故障分析

雷电是导致变压器故障的重要因素之一。针对一起35 kV变压器雷击故障，进行油色谱分析、绕组直流电阻、绝缘电阻试验，并结合返厂吊心检查，分析故障原因及过程，并提出了相应的预防性措施。