换流变压器阀侧绕组端部电场的特性分析

由于直流分量的作用，换流变压器阀侧绕组端部电场特性与电力变压器有很大差别。本文首先分析了该电场的励磁电压类别；然后介绍了油纸复合绝缘的材料特性；最后通过算例总结了各种励磁电压作用下，油纸复合绝缘中的电场分布特点。     

混合电场作用下换流变压器阀侧绕组电场分析

为了计算换流变压器阀侧绕组端部电场分布,建立了油纸复合绝缘结构的电路模型。并在分析阀侧绕组励磁电压类型的基础上,利用有限元分析法计算了在交流、直流、交直流叠加和极性反转电压作用下的电场分布,总结了电场分布规律。结果表明,换流变压器阀侧绕组电场分布既有其规律性又有其复杂性,在直流电场作用下的阻性电场分布将导致纸板中的电场集中;而交流电场作用下的容性电场分布将导致变压器油中的电场集中;在极性反转过程中由于空间电荷的存在,油中承担了较高的电压。该分析结果可为换流变压器阀侧绕组端部的绝缘设计提供依据。     

混合电场作用下换流变压器阀侧绕组电场分析

为了计算换流变压器阀侧绕组端部电场分布,建立了油纸复合绝缘结构的电路模型.在分析阀侧绕组励磁电压类型的基础上,利用有限元分析法计算了在交流、直流、交直流叠加和极性反转电压作用下的电场分布,并总结电场分布规律.结果表明,换流变压器阀侧绕组电场分布既有其规律性又有其复杂性,在直流电场作用下的阻性电场分布将导致纸板中的电场集中;而交流电场作用下的容性电场分布将导致变压器油中的电场集中;在极性反转过程中由于空间电荷的存在,油中承担了较高的电压.该分析结果可为换流变压器阀侧绕组端部的绝缘设计提供依据.     

高压直流换流变压器阀侧非线性电场的求解

为研究换流变压器阀侧绕组端部的高度非线性直流电场,经理论分析建立了非线性电场的有限元计算模型。针对绝缘材料的非线性特征应用所建模型通过迭代求解,获得了工程关心部位的电场强度分布。计算一种典型的换流变压器绕组端部绝缘中直流电场分布的结果表明,绝缘纸板、变压器油中的最高场强值均变小,尤其是绝缘纸板中最大单元场强明显降低,这个变化趋势对绝缘结构设计非常有益。     

换流变压器阀侧绕组端部瞬态电场分析

为了研究换流变压器阀侧绕组区域的瞬态电场分布规律,即在长时直流电压和极性反转电压作用下的电场分布规律,建立了2个典型的油纸绝缘模型和1个±500kV换流变压器绕组端部简化模型,并利用有限元软件ANSYS对上述模型进行了长时直流电场和极性反转电场分析,主要分析了模型结构、材料属性和试验时间对上述电场分布的影响,得到了直流电场趋于稳态所需时间的影响因素以及极性反转电场的一些特点。最后重点分析了±500kV换流变压器绕组端部的极性反转电场,同时考虑了绝缘纸板的正交各向异性。结果表明,直流电场趋于稳态所需时间的长短与模型结构及绝缘材料的电阻率有关;合理地设置极性反转时间才能保证对变压器油的有效考核。这些结论可为换流变压器绝缘结构的设计及绝缘试验提供参考依据。     

温度对换流变压器绕组端部电场分布的影响研究

为研究温度对换流变压器绕组端部油纸复合绝缘系统电场分布的影响,首先测量获取了-40～+50℃范围变压器油和油浸纸板的相对介电常数、电导率;在此基础上利用有限元法研究了交流和直流试验电压作用下500 kV换流变压器端部电场分布的温度特性。研究结果表明:温度通过影响油纸绝缘的介电特性而影响换流变压器绕组端部电场分布特性;换流变压器的出厂试验需考虑实际运行条件下内部温度的变化范围做出适当的修正。     

棒-板油纸复合绝缘的电场数值计算

换流变压器阀侧绕组端部属极不均匀场,承受交流电压、直流电压及极性反转等电压的作用。为此采用有限元仿真软件对棒-板油纸复合绝缘极不均匀场模型在不同参数情况时的直流场强分布、交流场强分布及极性反转场强分布进行了计算,绘制了绝缘油及绝缘纸板中最大场强与绝缘纸板厚度、纸板长度、棒直径等参数的关系曲线。棒-板油纸复合绝缘模型在交流电压及极性反转电压作用下的场强分布较为接近,但与直流电压下的场强分布有很大的不同。通过提高换流变压器阀侧绕组端部等效棒直径及油的电阻率,选择合理的油与纸空间相对位置及几何尺寸,可比较明显地提高换流变压器阀侧绕组绝缘特性。     

换流变压器阀侧绝缘承受电压类型及含量分析

换流变压器是直流输电工程中的关键设备,文中通过对单级12脉动换流变压器进行EMTDC建模,分析了其阀侧绕组绝缘承受的电压类型,研究结果表明阀侧绕组承受的是一种由直流电压分量、交流电压分量、谐波电压分量以及换相脉冲构成的复合电压.通过对换流变压器阀侧绕组承受的复合电压进行分析,对其各个分量的含量水平进行了分析计算.     

高压直流换流变压器油纸绝缘线性与非线性电场分析

换流变压器油纸绝缘材料的电导率受电场强度与温度的影响呈非线性变化。为研究材料非线性对换流变压器极性反转电场分布的影响,对油纸绝缘电导率的非线性变化规律进行了数值拟合,利用RC等效电路进行了计算与分析,并运用Elec Net有限元软件对一台±400 k V换流变压器网侧和阀侧绕组端部电场进行了仿真。计算与仿真结果表明非线性材料极性反转完成时油中最大电场强度为线性材料的78%,但稳态时油中电场强度是线性情况下的36倍。电导率的电场强度非线性会均化由温度梯度带来的电场梯度。最后根据计算与仿真结果提出绝缘的改进方向。     

特高压换流变压器的绝缘结构和试验

回顾总结了国内外的特高压变压器技术现状,介绍了特高压换流变的作用、绝缘结构特点以及换流变的绝缘试验,指出了特高压换流变压器800 kV端绝缘结构耐压水平最高达到1257 kV以及阀侧套管和出线装置、陡波对绕组纵绝缘的影响和阀侧引出线等绝缘结构薄弱点,为特高压直流换流变的绝缘结构设计制造提供理论依据.     

换流变压器在极性反转下的瞬态电场分布特性研究

对换流变压器器身主绝缘建立了瞬态电场计算模型,分别对绝缘介质进行了各向同性线性或非线性与各向异性线性或非线性计算分析。得到了实际换流变压器模型在极性反转试验电压下绝缘结构中瞬态电场变化的分布规律,为准确进行换流变压器绝缘结构设计提供了有价值的应用结论。     

油纸绝缘内部合成电场数值模拟方法

油纸绝缘作为换流变压器的主绝缘介质,其内部电场的分布受外加电压以及空间电荷的影响,而传统的数值方法无法准确计算空间电荷的影响。提出一种基于电极肖特基发射理论和瞬态上流元法(TUFEM)求解载流子输运方程的方法,计算了考虑注入势垒、载流子迁移率、陷阱捕获系数以及载流子复合系数等参数影响下的单层油纸绝缘介质内部空间电荷运动分布特性。与试验结果对比表明瞬态上流元法的有效性。研究典型油纸绝缘介质结构内部合成电场强度畸变程度随温度梯度变化的特性。同时,计算得到极性反转电压下不同时刻的电荷运动和电场分布规律。该方法可推广在(特)高压直流换流变压器内绝缘电场计算和优化设计。     

Transient Electric Field Analysis in Consideration of the Electric Field Dependence of Resistivity in the Converter Transformer

In this paper, values of the electric field in the pressboard and oil during the polarity reversal test of the converter transformer were calculated with transient analysis. First, we confirmed the accuracy of the nonlinear analysis in the model test. Next, we carried out nonlinear transient electric field analysis for polarity reversal test of the converter transformer. In the results, when the applied time of dc voltage before the polarity reversal is 360 min, the values of the electric field of oil area are the same as when it is 90 min. Although, the electric field in the pressboard becomes higher in response to the applied time dc voltage, it does not cause a problem on the insulation. Because withstand voltage of pressboard is very high. In the results, the correlation between the applied time of dc voltage before the polarity reversal and the withstand voltage of transformer is considered low. This result can be applied to the design of the converter transformer.     

极性反转条件下油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器的油纸绝缘会承受极性反转电压,容易造成绝缘失效.基于油纸沿面绝缘结构的极性反转闪络试验平台,研究了油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响以及直流极性反转条件下油纸绝缘沿面闪络电压与单极性直流电压下沿面闪络电压的差别,并分析了油纸绝缘沿面放电针板电极模型的界面电荷在极性反转条件下对油纸绝缘沿面闪络电压的影响,发现油纸积聚的界面电荷密度越大极性反转时发生沿面闪络的电压越低.     

换流变压器出线装置的绝缘结构分析

换流变压器直流出线装置的可靠性是换流变压器研制的关键问题之一,长期以来直流出线装置依靠进口,优化出合理的直流出线装置绝缘结构对进一步促进换流变压器设备制造全面国产化具有重要的意义.笔者总结了换流变压器的运行特点,研究了直流出线装置的绝缘结构,并进行了直流出线装置绝缘结构的电场计算.换流变压器的运行特点为短路阻抗大、直流...     

非线性有限元法在出线装置复合绝缘结构电场计算中的应用

极性反转是换流变压器出线结构复合绝缘的一种特殊工作状态,极性反转时由于空间电荷作用可导致绝缘介质内部及界面处电场畸变。另一方面,绝缘介质电性能参数是温度的函数,因此温度梯度导致的电性能参数改变同样会影响绝缘结构在极性反转过程中的瞬态电场分布。基于此,为了较准确地模拟复合绝缘结构在考虑温度分布条件下的极性反转瞬态电场,提出应用非线性有限元法对以上2种瞬态电场影响因素进行耦合分析。首先研究了油浸纸复合绝缘体系电性能参数与温度的关系;然后详细介绍了基于非线性有限元法的瞬态电场计算流程,并通过双层同轴复合绝缘结构模型验证了其有效性;最后对实际换流变压器出线装置的油纸-环氧浸渍典型复合绝缘结构建立了二维轴对称仿真计算模型,在考虑材料非线性的条件下对其极性反转瞬态电场变化过程进行了仿真分析。计算结果表明传统模拟方法与考虑材料非线性时的结果存在较大差异,且极性反转过程中复合绝缘结构易出现畸变严重的局部高场强区。     

换流变压器极性反转非线性电场分析

换流变压器绝缘材料电导率受电场强度、温度和压力等因素影响,即呈现非线性特性。为了考查非线性对换流变压器极性反转电场分布的影响,针对电导率对电场强度的非线性,对绝缘纸板和油的电导率非线性特性进行了数值拟合,并用于分析1台±500kV换流变压器的非线性极性反转电场。线性和非线性媒质条件下的计算结果表明,考虑1min极性反转的过程时,线性媒质中反转完成时刻的油中最大电场强度值同瞬间完成极性反转的数值结果几乎相同,而非线性条件下反转完成时刻的油中最大电场强度值要比瞬间完成极性反转的数值结果小50%。针对这一现象,进一步对非线性条件下空间电荷加速重新分布的过程进行了分析。     

换流变压器极性反转试验的数值模拟

换流变压器绝缘结构中的油浸纸、纸板的电导率呈各向异性、非线性特性.从利用罚函数法获得的有限元状态方程出发,应用龙格库塔法对状态方程进行求解,计算了一个实际换流变压器模型在极性反转试验电压下绝缘结构中瞬态电场的变化.计算结果表明,各向异性非线性媒质中的电场分布与各向同性线形媒质中的电场分布有很大不同.为了准确的进行换流变压器绝缘结构设计,需要考虑媒质的各向异性非线性特性.