基于三维电-磁-热流耦合方法的±800 kV穿墙套管插接结构过热性故障分析

特高压直流套管是特高压直流输电的关键设备之一,但在实际运行中多次发生换流站穿墙套管载流连接过热故障,经分析主要是由插接结构接触缺陷、异常发热导致的.本研究针对某载流过热故障的±800 kV SF6气体绝缘穿墙套管,建立了套管及触指结构精细化模型,考虑热传导、热对流、热辐射等条件,通过三维电磁热流耦合方法对特高压穿墙套管内两种典型导电杆支撑结构进行仿真研究.结果 表明:三支撑与双支撑结构的±800 kV SF6气体绝缘穿墙套管在正常运行时的温度分布规律基本一致,导杆中部及靠近法兰和支撑绝缘子处温度较高,支撑绝缘子高压端嵌件的交界面处出现最高温度,但均低于其环氧复合材料的玻璃化转变温度;同时发现不同接触电阻倍数下,双支撑结构的温升整体高于三支撑结构.研究建立了外护套表面温度与载流接触过热点温度的对应关系,可为特高压直流穿墙套管通过红外监测护套表面温升、发现载流连接缺陷的运维方法提供依据.     

基于三维电磁-热-流耦合方法的换流变阀侧干式套管插接结构过热性故障研究

换流变压器阀侧干式套管采用表带触指作为导体的连接和载流结构,随着输送功率的提高,套管载流量不断提升,插接结构的接触电阻发热将影响套管的可靠运行。针对±500kV换流变阀侧干式套管,通过三维有限元分析耦合电磁、热、流等多物理场,考虑热传导、热对流和热辐射的影响,计算分析了插接结构发热情况下套管的温度场分布以及接触电阻不同程度劣化对套管热场分布的影响。结果表明:接触电阻劣化会引起插接结构局部过热,最终导致环氧芯体与导电管界面温度上升,影响套管安全稳定运行。同时,研究发现导电管温升与复合硅橡胶外套表面温升具有线性相关性,通过红外热像仪探测复合外套表面温度能够有效推测套管内部过热情况。该研究获得了套管温度场分布规律及接触电阻劣化后引起的过热性故障机理,相关成果可为运行单位提供在线监测依据。