高压直流断路器电力电子器件供能技术

高压直流断路器受限于运行方式,其内部大量电力电子器件驱动板卡无法通过系统自取能工作,是高压直流断路器研制的主要难点之一。该文基于500kV高压直流断路器中电力电子器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动板卡的负载特性,提出了对地级、层间级和组件级的分层隔离供能方法,开展了对地隔离供能变压器电磁场、机械和热的多物理场仿真研究,并对IGBT器件高电位驱动板卡的供能线圈进行了设计,通过有限元仿真模块Maxwell和电路仿真模块Simplorer搭建了供能线圈和驱动负载的仿真模型,进行了场路耦合联合仿真,最后在500 kV高压直流断路器上试验验证了所提供能技术的可行性及可靠性。结果表明:通过分层次的隔离供能,可为各层供能线圈提供稳定的输入电流,从而可靠地为电力电子器件高电位驱动板卡提供电源,不仅解决了高压直流断路器无法通过系统直接取能的难题,还能显著减小供能设备的绝缘水平要求,降低研制难度,并已在±500kV张北柔直工程中应用。采用多级串联的对地隔离变压器能够满足500 kV电压等级的绝缘要求,内部温升小于30 K,且能够满足9级烈度抗震要求。采用硅钢片工频取能的供能线圈能够满足高电位驱动板卡5 VA的负载容量要求,且结构尺寸小,易于大规模工程化应用。     

200kV直流断路器用隔离供能变压器均压设计

隔离供能变压器是高压直流断路器获取能量的核心设备,用于将地电位电能传输至高压直流极线中直流断路器,以保障直流断路器可靠稳定运行。该文介绍的200 kV直流高压隔离供能变压器由4个50 kV变压器级联而成。由于分布电容的存在,极线额定直流电压及冲击暂态过电压不均匀施加在4个变压器上,增加了单个变压器绝缘失效风险。为解决上述问题,该文对高压直流隔离供能变压器进行了电路分析,提取了分布电容参数,完成了均压方案设计及参数配置。在此基础上,通过仿真分析及试验验证均压方案设计将四级隔离变压器承受电压百分比偏差控制在±5%以内。研究结果表明,采用200 M?电阻与1 nF电容并联的均压方式,满足高压直流隔离变压器工程设计和运行要求。     

535 kV耦合负压式直流断路器供能系统设计方案

在多端柔性直流输电系统中,装设直流断路器是有效抑制故障电流扩散,保证直流电网安全稳定可靠运行最有效的技术手段,而直流断路器供能系统肩负着高电位隔离并对模块化操作和控制部件供能的重要作用。该文对张北工程康保换流站用耦合负压式直流断路器供能系统方案展开研究,首先阐述了耦合负压式直流断路器供能系统总体设计方案;通过不间断供电系统和开关柜实现不间断供电,采用3种电压等级的隔离变压器实现直流断路器主支路和转移支路隔离供能,通过开关柜软启动限制浪涌电流和在供能隔离变压器输出侧并联浪涌保护器和电容器的方法提高供能系统可靠性;最后,供能系统随直流断路器样机进行了绝缘试验和运行试验,全部试验顺利通过且供能系统工作稳定,证明了设计方案的合理性与可靠性。     

大功率高频高压变压器绝缘设计研究

变压器绝缘对于高频变压器的安全稳定运行非常重要,尤其是高频高压变压器的电压等级较高,对变压器绝缘性能提出了更高的要求。以一台大功率高频高压除尘变压器作为对象,研究了不同绕组绕制方法对变压器绕组绝缘的影响,并对变压器主绝缘的电场进行仿真分析。结果表明:改变绕组结构可以有效改善绕组电压分布以及提高变压器绝缘的耐压水平,绝缘纸板-油结构完全可以满足高频高压变压器主绝缘的要求,可为大功率高频高压变压器的绝缘设计提供参考。     

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℃。     

大型交流旋转电机的直流高电压试验

大电机的额定电压普遍较高,定子绕组绝缘的很多局部缺陷,例如硬伤、碰伤、脆裂和高阻接地等,只有在较高电压作用下,才可能发现。普通摇表试验电压不高,只能找出绝缘的一般缺陷,如受潮等。利用直流高压对绕组进行耐压试验,并在升压过程中监视测量其泄漏电流值,一般来说能发现缺陷而又不致造成绝缘的破坏。直流高压由于基本上不产生介质损耗因而对绝缘不造成积累损伤;此外由于交、直流电压在绕组端部的电位分布不同,而直流耐压对绕组端部缺陷的检出能力又大大优于交流耐压,因此直流高电压试验在高压电机上获     

直流变压器功率阀组设计

直流变压器功率阀组是直流变压器在直流配电网中实现电压等级变换的关键设备。基于直流配电网示范工程要求,首先介绍了直流变压器拓扑结构及技术路线。然后在输入±10 kV、输出±375 V的实际工作电压等级下分析了直流变压器功率阀组的绝缘要求,在此绝缘要求下进行功率阀组结构设计及静力仿真,同时完成了功率柜阀组的散热设计及仿真。最后,通过直流耐压试验和功率试验验证了直流变压器功率阀组的绝缘水平和散热性能满足示范工程要求。     

双隔离断口GIS功能模块仿真计算及试验验证

可实现GIS不停电扩建和耐压功能的双断口隔离开关(DDS)采用非标准结构的断口型式,为了验证这种特殊结构是否满足实际运行工况,文中通过Ansys有限元软件,建立双断口隔离开关机、电、热3D仿真模型,开展双断口隔离开关机械强度、绝缘强度、载流能力的仿真计算,并以双断口隔离开关真型样机开展绝缘试验、温升试验、动热稳定试验、机械寿命试验、高低温试验、母线转移电流试验、壳体水压试验。研究结果表明:壳体最大主应力为235.08 MPa,盖板最大等效应力为114.86 MPa,均小于许用应力;双断口隔离开关各部件场强均低于允许场强,并有一定裕度;滑动连接部分最大温升为56.5 K,壳体温升为17.3 K,内部导体和壳体温升均满足要求;试验结果验证了仿真计算的正确性。双断口隔离开关已应用于±800 kV东方换流站220 kV GIS的6个备用扩建间隔,设备运行良好。     

一起干式配电变压器接线端子烧蚀缺陷分析

本文主要介绍了某供电局一台运行中10kV干式变压器气味异常，经检查发现B相高压绕组接线端子烧蚀严重，对其紧急停电进行了绝缘电阻、直流电阻、绕组变形、X光检测、变压器绕组铜铝识别、温升试验等试验。根据试验结果分析判断造成该变压器烧蚀原因可能为变压器存在“以铝代铜”的现象，高压绕组为铝芯绕制，B相高压绕组铝质导线与铜质螺母端子焊接工艺不良造成接触电阻过大，在长期过负荷的条件下导致焊接处发热，引起绝缘材料烧蚀，并通过解体检查对故障原因进行了验证，为后续同类型设备的运行维护提供参考和指导。     

±535kV混合式高压直流断路器绝缘结构设计及试验

高压直流断路器是实现直流组网的重要设备。以张北工程±535 kV混合式直流断路器作为研究对象,主要针对其绝缘结构进行分析和设计。运用PSCAD搭建了直流断路器的宽频模型,获得了其内部电压的分布规律;结合系统对断路器的整体绝缘要求,提出了直流断路器关键零部件的耐压水平;在直流断路器整体布局的基础上,结合运行环境、电压波形、电极型式等进行了等电位设计和绝缘配合设计;运用有限元法对直流断路器三维全场域模型进行了典型工况下的电场校核;在此基础上,对直流断路器的绝缘结构进行了试验验证。通过本文研究,提出了适用于直流断路器绝缘结构的模块化、分区域、分层级和单点就近固定电位的设计方法;直流断路器金具表面最大电场强度在雷电冲击电压下为27. 7 kV/cm,在分断过程中为19 kV/cm;直流断路器在型式试验中未发生闪络或击穿,满足了工程应用要求。研究结果可为高压设备的绝缘结构设计提供参考。     

水氢冷发电机带水直流耐压试验方法

1引言 发电机直、交流耐压试验是判断发电机定子绕组绝缘质量的重要手段。直流耐压试验对发现发电机定子绕组端部绝缘缺陷很有效，因为直流电压加在绕组上没有电容效应，不存在电容电流，带电绕组铜线和外部绝缘表面间的电压降是相当高的（指绕组端部）。工频交流耐压试验对发现发电机定子绕组槽部绝缘缺陷很有效，因为加入50Hz工频交流电压时，由于电容效应，电场分布不均，接近铁芯槽部的绝缘所承受的电场较强，电压就较高。故两种试验是相辅相成，不能代替的。直流耐压试验之所以比交流耐压试验先作，是因为直流耐压更易于发现发电机的端部缺陷和间隙性缺陷，在绝缘尚未击穿前就能发现或找出缺陷，对发电机的绝缘损伤程度也不及交流耐压试验。     

±800kV换流变压器现场长时感应耐压带局部放电测量试验研究

鉴于±800kV换流变压器结构十分紧凑,绝缘结构比较复杂,绕组对地电容大,为适应世界第一个特高压直流输电工程——±800kV云广直流输电工程建设的需要,采用阀侧直接加压方式对±800kV换流变压器进行现场长时感应耐压带局部放电测量试验,不仅要求试验装置能提供很大的无功功率,还需试验变压器具有很高的输出电压,试验难度高。试验前,在试验频率的计算中增加了试验变压器试验无功功率的影响,并以此校核试验装置是否满足要求;试验以GB1094.3—2003《电力变压器第3部分绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》及DL417—1991《电力设备局部放电现场测量导则》确定加压程序和试验评价方法,直接从阀侧绕组加压。现场试验数据验证了该试验方法是正确的。该试验采用变频电源装置,具有试验设备少、接线简单等特点。     

一台全绝缘单相变压器的外施耐压试验

介绍了一台220kV单相全绝缘冲击试验变压器检修后高压绕组的外施耐压试验方法.     

累积绕组供电方式的串级试验变压器电压与容量的计算

试验变压器(下称试变)是电力用户、科研院所、生产厂家的基本试验设备之一。用于对电气产品、绝缘材料进行绝缘强度检验,考核其耐压水平。 随着大容量、高电压的电气产品日渐增多,对试验设备,如各种检测仪器、试油器,特别是试变的要求也越来越高。在试变的选择和使用方面,有关问题阐明如下: 1.串级试变的容量和电压 串级试变很早就开始使用。它有采用隔离变压器供电和累积绕组供电两种方式。采用隔离变压器供     

特高压直流隔离开关载流技术研究北大核心CSCD

1 120 kV特高压直流隔离开关的核心问题在于其通流能力,而载流系统的接触部位温升大小决定了隔离开关的通流水平。文中从接触电阻理论出发,研究了接触压力与接触点数对接触电阻的影响规律,设计了一种双层环形触指/触头载流结构,开发了环形触指的制造加工工装及加工工艺流程,并在环形触指/触头的基础上设计出了高载流技术的新型1 120 kV特高压直流隔离开关。为进一步研究隔离开关载流性能,文中对触指/触头接触部位进行了独立的电—热耦合分析,结果显示载流系统最大温升61.56 K,满足国标规定的温升值65 K。最后,通过隔离开关载流系统温升试验、动热稳定试验以及直流隔离开关整机的绝缘试验,进一步验证了设计的载流系统的可靠使用性能。     

炉水循环泵电机耐压试验分析

分析了交、直流耐压试验在传统的高压电机试验中的作用,以及在交联聚乙烯绝缘绕组试验中的作用和表现,结合炉水循环泵电机的高压绕组材质及运行工况,说明直流耐压试验不适用于炉水循环泵电机的试验,而交流耐压试验是发现炉水循环泵电机缺陷的有效手段,为电气试验人员了解炉水循环泵电机试验项目的制定依据提供参考。     

110kV变压器铜粒子含量超标的分析处理

变压器现场常规预试项目有绕组直流电阻、绕组绝缘电阻、介损、油耐压、泄漏电流。而其他试验数据在现场无法测量,比如油色谱、油介损等要到试验室才能做出来。如何结合现场测得的试验数据,尽快地分析判断变压器的健康状况,已成为变压器亟待研究的问题。     

基于流体-温度场耦合的油浸式变压器温升特性仿真分析

针对变压器铁芯、绕组等因电磁损耗可能产生过高热量导致绝缘老化而影响使用寿命的问题,建立了基于流体-温度场耦合的油浸式变压器二维轴对称模型,对变压器油流速度及油流通道入口宽度对其温升特性的影响进行了仿真分析。结果表明,当油流速度从0.05 m/s增加到0.20 m/s时,铁芯最高温度降低11.62 K,高压绕组则降低9.26 K,低压绕组变化不明显;当入口宽度从30 mm增加到100 mm时,铁芯最高温度降低14.27 K,低压绕组和高压绕组则分别降低6.87 K和16.06 K。进一步分析后发现,增大入口宽度可加快变压器油在循环散热时流经其部件时的速度,从而提高散热效率。     

25kV高精度直流负高压源设计

介绍了一种用于工业分析的高精度直流负高压电源,电源输出电压25 kV,最大输出电流100 mA。电源通过BOOST电路校正功率因数和调节电压,用移相全桥把直流电逆变成高频方波,然后经高频变压器升压后倍压整流得到直流高压。用特殊材料和工艺设计制作的高频高压变压器解决了分布参数影响和绝缘耐压等难题,满足了高频高压和大功率输出的需要。实验运行表明:该装置输入功率因数高、输出电压稳定、纹波系数小。     

基于参数热等效的10 kV变压器温度流体场三维仿真计算

变压器温度流体场三维仿真是准确计算变压器绕组热点温度的重要方法,然而变压器绕组结构复杂,精确考虑绕组导线和绝缘结构的三维模型建模和网格剖分困难,同时计算效率低,难以满足实际工程需求.提出了一种配电变压器绕组结构的热等效简化分析方法,采用热导率各向异性、比热容等效的块状导体来等效实际的绕组结构.应用所提方法对一台S13-M-200 kV·A/10 kV型油浸式变压器三维温度流体场进行了计算.基于短路法的变压器温升试验结果表明:热等效参数方法大幅减少了变压器三维网格剖分数量,同时温度场计算结果能有效反映绕组轴向温度分布,热点温度仿真值与温升试验值温差相对误差不超过4％,验证了所提方法的有效性与准确性.