温度梯度下换流变压器套管绝缘特性分析

发布时间：2017-10-11 06:00

  本文关键词：温度梯度下换流变压器套管绝缘特性分析

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【摘要】：换流变压器套管是高压直流输电系统的关键设备之一，用于换流变电站中换流变压器与半导体阀厅、输电线路之间的电气连接、支撑以及对地绝缘。绝缘破坏是换流变压器套管在运行中发生故障的主要原因，这是因为在强电场环境下，很容易引起换流变套管局部场强过高，从而导致绝缘介质的电击穿和绝缘损坏。因此，需对换流变压器套管在不同工况运行中的电场强度分布进行计算和分析，找出套管中最高场强点以及发生击穿和绝缘破坏的根本原因。 本文以±600kV换流变压器套管为研究对象，利用有限元法计算套管在不同类型试验电压作用下的电场分布，分析套管绝缘性能。首先在不考虑温度梯度影响下对套管在交流、直流和极性反转电压激励下的电场分布进行了计算。结果表明：换流变压器套管在交流电压下电场呈容性分布，且在主绝缘环氧树脂内较为集中；在直流电压作用下电场呈阻性分布，且在SF6气体内较为集中；直流电场下介质中积累的自由电荷会导致极性反转时套管内电场的畸变，对套管绝缘造成极大威胁。 在高电压等级下，换流变压器套管会出现另一个复杂问题，即套管热绝缘。本文计算了套管在额定3600A电流工况下长期稳定运行的温度分布。计算得到换流变压器套管在径向上温度由内到外呈现梯度分布；在轴向上呈现两端低、中间高的趋势，最高温度出现在环氧树脂顶部导电杆附近。且当绝缘介质温度升高时，会严重影响其电阻率值，从而影响套管电场分布，，引起绝缘问题。 温度梯度改变了换流变压器套管绝缘介质的径向电阻率，使得靠近外绝缘处电场强度增大。针对温度因素对套管内部电场强度分布的影响，计算并分析了温度梯度下套管直流以及极性反转电场强度分布。这对换流变压器直流套管的研制，以及高压直流输电技术的发展都具有重要的经济效益和社会价值。结果表明：温度梯度会引起电阻率的变化进而影响场强的变化，最终导致绝缘层外表面伞裙附近的场强畸变。因此，对伞裙的结构设计需谨慎考虑。而且温度的冷热不均会使换流变压器套管内部局部电场强度发生畸变，更易造成绝缘破坏。
【关键词】：高压直流输电 换流变压器套管 绝缘破坏 极性反转 温度梯度
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM721.1;TM216.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本文研究内容13-14
• 第2章 直流套管电场理论及计算14-21
• 2.1 电场计算数学模型14-18
• 2.1.1 电场基本方程14-16
• 2.1.2 电场定解条件16-17
• 2.1.3 电介质中的电荷弛豫现象17-18
• 2.2 典型双层介质绝缘系统交、直流电场计算18-19
• 2.3 电场数值计算方法19-21
• 第3章 常温下换流变压器套管绝缘分析21-32
• 3.1 ±600kV直流套管电场有限元计算模型21-24
• 3.1.1 直流套管电场有限元计算模型21-23
• 3.1.2 直流套管电场有限元计算网格划分23-24
• 3.2 直流套管电场有限元计算边界条件24-25
• 3.2.1 直流套管的边界条件24
• 3.2.2 直流套管电场计算激励电压确定24-25
• 3.3 直流套管交、直流电场计算结果及分析25-27
• 3.4 套管极性反转电场计算及分析27-31
• 3.4.1 计算电压及步长27-28
• 3.4.2 极性反转电场计算结果28-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第4章 套管温度场计算分析32-41
• 4.1 传热基本定律32-35
• 4.1.1 套管中的发热和散热过程32-34
• 4.1.2 热传导控制方程34
• 4.1.3 边界条件34-35
• 4.2 换流变压器套管热源计算35-37
• 4.2.1 套管金属部位焦耳发热计算36
• 4.2.2 套管介质损耗计算36-37
• 4.3 ±600kV换流变压器套管温度场计算37-40
• 4.3.0 套管温度计算有限元模型37-39
• 4.3.1 直流套管温度计算边界条件39
• 4.3.2 直流套管温度计算结果39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 温度梯度下换流变压器套管电场分析41-49
• 5.1 直流套管和交流套管的区别41
• 5.2 温度梯度下套管电场分析41-48
• 5.2.1 温度梯度下套管直流电场分析42-44
• 5.2.2 温度梯度下套管极性反转电场分析44-48
• 5.3 本章小结48-49
• 第6章 结论49-50
• 参考文献50-53
• 在学研究成果53-54
• 致谢54

【参考文献】

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本文编号：1010847