换流变压器阀侧套管出线装置绝缘分析

换流变压器绝缘最关键的部位是由套管及纸板围屏系统组成的阀侧出线装置。为此,在分析直流电场特点的基础上,回顾了换流变压器出线装置绝缘技术的发展历程,指出以前广泛采用的油端带瓷套的套管出线装置在结构上存在缺点,因而在工厂试验和运行中频发故障。现今的绝缘结构可大致分为两类:一类是环氧树脂浸纸(干式)套管配合绝缘覆盖均压电极和多层异型围屏系统;另一类是无瓷套油浸纸套管配合无绝缘覆盖均压电极和多层直筒围屏。为进一步发展高压、特高压换流变压器出线装置绝缘技术,未来发展的方向是优化绝缘结构和降低绝缘不确定性。建议融合两种结构优点,开发新的出线装置绝缘结构。为减小绝缘不确定性,还应对出线装置各绝缘件材料的特性参数及其工艺控制方法,以及对电场计算和试验要求等问题进行深入研究。     

换流变压器网侧出线装置结构优化及电场计算

网侧出线装置绝缘结构是换流变压器整体绝缘结构中的重要组成部分,该结构的可靠与否直接决定换流变压器的运行安全性。与网侧接入较低电压水平的换流变压器相比,高电压等级的网侧出线装置结构更加复杂。在网侧接入500 kV换流变压器网侧出线装置的基础上,优化设计网侧接入750 kV换流变压器网侧出线装置,并采用电场仿真软件对其电场进行分析,计算其各部分电场分布和安全裕度,分析其安全性。     

特高压换流变压器阀侧出线绝缘结构电场分析

阀侧出线绝缘结构是决定换流变压器安全性的关键部位,包括套管油端、均压电极和多层纸板围屏系统,以及至阀绕组引线的绝缘。该出线结构承受着严酷的交直流电场应力,历来换流变压器在试验中和运行中的绝缘故障很多都发生在这里。为此基于以往设计和试验、特别是对试验中故障的调查分析,聚焦于均压电极区域,综合、归纳了阀侧出线装置的3种典型绝缘结构,即单环电极“半罩”结构、单环电极“全罩”结构、双环电极无绝缘罩结构,提出了一种新的绝缘结构,即“Ω”型绝缘罩结构。用有限元方法建立模型进行交流和直流电场计算和安全性评价。指出了各种结构的风险点,并从理论上指出了改善电场分布和提高安全性能的方向。计算结果和故障案例一致表明,半绝缘罩的端部油中有很高的沿端面直流电场,可引发局放进而引起沿大绝缘筒闪络;全绝缘罩端部油中直流场强很高,沿引下线头部绝缘表面的电位梯度也很高,可引起引下线头部油中沿面闪络或纸绝缘击穿;双环电极无绝缘罩绝缘电极两侧至大绝缘筒的斜向第一油隙很大,易发生交流放电;“Ω”型绝缘罩可能是兼顾交流和直流绝缘的优化解决方案。     

交流1000kV变压器出线装置绝缘结构分析

介绍了1 000k V特高压变压器出线装置的两种结构,给出了这两种结构的电场及对比结果,找出了出线装置的优化设计思路。     

高压直流换流变压器引出线的绝缘结构

介绍了高压直流换流变压器引出线的绝缘结构,并简要介绍了有关的绝缘设计方法和知识。     

换流变压器出线装置两种设计方案的比较

文中设计两套换流变压器直流出线装置,这两套出线装置的绝缘结构所用绝缘纸筒厚度相同,油隙大小不同。为验证两种结构的绝缘强度,文中利用Elec Net电场计算软件,对这两种设计方案进行电场强度及耐受电压计算。通过计算结果分析,小油隙结构的电场强度低于大油隙结构,因此出线装置绝缘结构采用小油隙结构较好。     

采用纳米改性纸板的换流变压器出线装置电场分布

针对换流变压器出线装置在直流及极性反转电压作用下电场分布不均的问题,探究了非线性纳米SiC对绝缘纸板进行改性的方法,制备了纳米改性绝缘纸板试样,并测量了改性纸板的介电特性;结合换流变压器出线装置的实际结构建立了电场分布的仿真模型,分析了纸板改性对出线装置电场分布的均化作用。试验结果表明:纳米改性绝缘纸板的相对介电常数随纳米SiC掺杂浓度的增加而增加,但增加的幅度不大,随电场强度的增加呈略微上升的趋势;其电导率随着纳米掺杂浓度的增加而增加,当掺杂浓度达到一定值时,电导率随场强增加表现出明显的非线性特征。仿真结果表明:在直流和极性反转电压下,纸板改性可降低绝缘纸板中的场强,提高变压器油中的场强,使油纸绝缘结构中的电场分布更趋于均匀。     

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...     

换流变压器套管出线装置许用场强及其绝缘结构型式设计研究

The allowable field strength of the outlet device at the tail of converter transformer under various operating conditions was analyzed. A finite element simulation calculation model of typical outlet structure was established, and the transient potential and electric field distribution characteristics of the outlet device were discussed under various voltage types such as polarity reversal. The insulation margin value of the critical path was obtained by combining the allowable field strength. The results show that the operating temperature, straight barriers number, and straight barriers position have significant effects on the electric field distribution of the outlet device. With the increase of temperature, the electric field strength in pressure equalizing ball with coating decreases at first and then increases slightly, and the electric field strength in straight barrier decreases gradually. Under heavy load and high temperature conditions, it is easy to occur insulation accidents such as pressboard flashover. The proposed allowable field strength and insulation structure pattern of outlet device can provide reference for the design of outlet structure for converter transformer.     

特高压换流变压器网侧出线装置研究与试制

本文中作者介绍了一种1000kV特高压换流变压器网侧出线装置,对其电场进行了仿真分析计算,并通过试验验证了该结构的可行性。     

换流变压器各向异性直流电场的有限元计算

笔者以变压器内部常见的油纸绝缘结构为例,利用自编程对换流变压器阀侧绕组直流电场进行了计算,并通过有限元软件ANSYS仿真,验证了文中方法的正确性。基于纸板材料电导率的各向异性特性,推导了电导率各向异性情况下直流电场的数学模型,给出了离散格式,分析了电导率对直流电场的影响,并对1台500 kV换流变压器进行了计算。计算结果表明,考虑材料的各向异性后纸板中场强减小,油中场强增大,变化的幅度与电导率初值有关。     

高压换流变阀侧SF_6气体套管外绝缘结构设计

高压换流变阀侧套管是实现换流变压器与阀塔电气连接的重要设备,文中主要针对其外绝缘结构设计进行讨论。研究内容主要分为3部分:讨论了换流变套管的实际运行环境和承受的电压、电流波形特征;对换流变套管从空心复合绝缘子、套管均压罩、套管尾部3方面进行了设计和分析;建立了换流变套管三维电场仿真计算模型,在实际运行环境下对其外绝缘性能进行计算分析。研究结果表明:套管主绝缘宜采用电容式结构,且套管端部应装配苹果型均压罩;套管空心复合绝缘子的绝缘距离设计为7 490 mm,且尾部的绝缘距离设计为3 110 mm;在实际运行环境下,端部均压罩最大场强出现在下端面,其值为2386 V·mm^-1。文中的计算结果可为高压直流输电工程用换流变套管外绝缘设计提供一定的理论依据。     

直流电压下油中空间电场强度对油纸绝缘界面电荷特性的影响研究

直流电压下油纸绝缘界面电荷特性是换流变压器绝缘结构设计的巨大挑战。传统电阻-电容（RC）模型仅考虑由于油、纸材料的介电常数、电导率不同而引起的界面极化电荷,忽略了其他形式来源的电荷及其对空间电场的影响。本文基于Kerr电光效应原理,搭建了油纸绝缘结构油中空间电场特性非接触式、实时测量平台,针对变压器油-电工绝缘纸、变压器油-变压器纸板组成的复合绝缘结构,获得了不同极性、不同幅值直流电压下油中空间电场特性,计算并分析了界面电荷密度与RC模型计算的极化电荷密度的差异。结果表明：当油中场强较低时,油纸界面电荷以极化电荷为主;随着油中场强的增加,油纸界面电荷密度与RC模型计算极化电荷密度差异逐渐增大,出现了其他形式电荷的积聚,且其在界面总电荷量中占比逐渐增加,对电场强度的影响逐渐增大。     

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。     

110kV环氧浇注干式变压器绝缘结构的仿真验证

环氧浇注干式变压器相对于其他干式变压器具有很多优点,但是出于经济性的考虑,其电压等级及容量的提高受到了制约。本文对一台尚处于设计阶段的110k V环氧浇注变压器绝缘结构进行了仿真验证。首先,建立该变压器的二维电场仿真模型;其次,根据不同的连接位置分别对该二维模型进行有限元电场仿真;再次,分析在不同连接位置下空气绝缘和环氧树脂绝缘中的电场强度;最后,根据电场结果分析得知该绝缘结构能够满足工频耐压试验的要求,并对后续工作进行了展望。     

2006—2012年国家电网公司直流输电系统强迫停运统计分析

界面电荷积聚引起的电场畸变给换流变压器的绝缘性能带来巨大挑战,因此迫切需要针对“液–固”油纸绝缘介质界面电荷对电场分布的影响进行深入研究。首先联合双极性载流子模型、Maxwell-Wagner方程和Poole-Frenkel方程,建立了“液–固”油纸绝缘体系在直流电压下的空间/界面电荷仿真模型,并采用二分迭代法确定了仿真参数。然后在此基础上分别仿真分析了“油隙+油浸纸板+油隙”结构、换流变阀侧出线装置缩比结构的空间/界面电荷分布特性,分析了电荷积聚效应对电场分布的影响,并将考虑了空间/界面电荷影响的电场强度仿真结果与利用克尔效应实际测得的结果进行了对比。结果表明：所提模型及参数适用于直流电压下多层“液–固”油纸绝缘体系的空间/界面电荷分布特性研究;在典型平板多层“液–固”油纸绝缘体系中,电场强度的仿真结果与实测结果基本一致,证明了电荷积聚导致电场发生严重畸变;在换流变出线装置缩比结构中,不同油道的电场强度的仿真结果与实测结果之间的相对误差在3%~7%之间,不仅进一步表明了该仿真方法的有效性,也表明了电荷积聚对电场分布的严重畸变。研究成果为直流电压下考虑电荷积聚效应后多层“液–固”油纸绝缘体系的电场分布计算提供了参考。

     

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。     

换流变压器油纸绝缘复合电场击穿特性及其试验方法

为了查明换流变压器油纸绝缘在交流叠加直流电场下的击穿特性,利用交流、直流及交流叠加直流等复合电场,对油隙、浸油纸板和油纸复合绝缘进行了击穿试验研究。结果表明：油隙的击穿场强几乎不随交流电压分量变化;浸油纸板击穿场强随交流电压分量增加迅速下降;受浸油纸板击穿特性影响,油纸复合绝缘击穿场强随交流电压分量减小明显提高。说明油隙的击穿场强与交流电压分量基本无关,但浸油纸板的击穿场强受交流电压分量影响严重。依据试验结果,进一步对换流变压器交流和直流电压试验项目的有效性进行了讨论。经分析发现换流变压器主绝缘的油隙与浸油纸板在运行电压下出现的最高电压仍为交流叠加直流电压。交流和直流电压试验的电压幅值能够满足要求,但电压波形与承受的运行电压相差较大。认为交流电压试验考核油隙绝缘介电强度是有效的,而直流电压试验考核浸油纸板绝缘介电强度并不充分。     

交直流复合非均匀电场下油纸绝缘界面电荷的特性

探索交直流复合非均匀电场下的油纸绝缘界面电荷特性,可为换流变压器绝缘设计提供依据。利用针板电极模拟空间电荷积聚产生的非均匀畸变电场,采用静电电容探头法测量了油纸绝缘在交流、直流和交直流复合非均匀电场下积聚的等效界面电荷密度。研究表面:在交流电压(有效值)和直流电压比例为1?1到1?5的复合电场下,油纸上层界面积聚的界面电荷极性与施加的复合电压中直流成份的极性相同;相同条件下负极性复合电压积聚的界面电荷密度大于正极性复合电压积聚的界面电荷密度;界面电荷密度随加压时间延长而增大,随交流成份瞬时电场变化产生类似工频电压的波动,其最大值可达到平均值的1.8倍。因此,在交直流复合电场下,油纸绝缘界面的电荷特性主要决定于直流电场,同时也受到交流电场的影响,换流变压器的绝缘设计不能忽视该影响。