换流变压器内部电场分析及油纸绝缘试验系统设计

摘要

换流变压器是特高压直流输电系统中的重要设备之一，其运行可靠性直接影响整个系统的安全运行。运行中的换流变压器除承受交流电压、雷电冲击和操作过电压外，还要承受直流、交流叠加直流及极性反转电压的作用。在这些电压作用下，变压器内部电场分布、绝缘材料击穿特性、空间电荷的积聚与分布等都与普通变压器存在很大的差异，并导致换流变压器内部绝缘的异常放电与击穿。 本研究建立了油纸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。为进一步研究油纸绝缘结构的击穿特性，本文分别对极性反转试验系统和交直流叠加试验系统进行了设计，并搭建了一套试样预处理系统，最后通过试验对油纸绝缘中空间电荷的松弛时间进行了研究。该研究可为换流变压器绝缘设计及高压直流输电设备试验提供依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景、目的及意义

1.2直流输电工程

1.2.1直流输电工程的系统构成

1.2.2直流输电工程的优缺点

1.3换流变压器

1.3.1换流变压器的特点

1.3.2换流变压器的试验方法

1.4本论文的主要工作

第2章换流变压器承受电压分析

2.1基本换流单元

2.2阀侧绕组电压仿真

2.2.1纯阻性负载

2.2.2阻容耦合负载

2.3换流变压器所承受的暂态过电压

2.4本章小结

第3章换流变压器阀侧绕组电场分析

3.1电磁场基本理论

3.2有限元法基本原理

3.3仿真模型建立

3.4仿真结果

3.4.1直流电压作用下的电场分布

3.4.2工频交流电压下的电场分布

3.4.3交流叠加直流电压下的电场分布

3.5本章小结

第4章极性反转电压下的电场分析

4.1反转电压分析

4.2模型建立与电路分析

4.2.1拉普拉斯电路计算

4.2.2软件仿真与分析

4.3极性反转电场分布

4.4本章小结

第5章油纸绝缘试验系统设计

5.1油纸绝缘试验项目

5.2极性反转试验系统设计

5.2.1电路原理

5.3交流叠加直流高压试验系统设计

5.3.1设计原理

5.3.2试验电路软件仿真

5.4试样及预处理工艺

5.4.1试验模型及电极系统

5.4.2试样的脱气与脱水

5.4.3松弛时间的确定

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢