换流变压器阀侧套管的电场分布及绝缘特性研究

摘要

换流变压器及其阀侧套管是交、直流输电系统中的换流、逆变两端接口的核心设备，因为有交、直流电场、磁场的共同作用，所以要求其具有高可靠性和高技术性能。随着直流输电容量和电压等级的提升，相比换流站内其它一次设备，直流套管更易发生故障，这对直流套管制造水平和运行可靠性也提出了更高的要求。换流变阀侧套管在正常运行时，绝缘系统内积累的空间电荷影响了套管内部电场，使套管内部电场分布不均匀，随着电压等级的提高和运行时间的增长，局部电场由于空间电荷的影响越来越集中，可能会发生击穿放电和闪络，造成套管绝缘系统的损坏，严重时可能发生套管自燃甚至爆炸，还有可能使换流变其他设备发生爆炸造成系统瘫痪，最终导致停电。特高压直流套管在承受交、直流电压以及极性反转电压时，空间电荷都会对其内部电场产生影响，对整个特高压直流输电系统的安全运行产生严重威胁。因此，本文研究空间电荷对特高压直流套管处在不同工况时电场的影响就具有重要的实际意义。
　　介绍了高压套管的电气性能及其关键性和高压套管的击穿特性;研究了套管的内绝缘和外绝缘的设计，并阐明了内外绝缘配合的重要性和配合原则;在阐明了这些基本理论之后本文提出了影响特高压直流套管电场的关键因素。
　　通过对比套管电场常用的数值计算方法得到本文使用的方法为有限元法;根据特高压直流套管结构特点和1100kV直流套管图纸建立了特高压直流套管有限元计算简化模型;介绍了Infolytica有限元分析计算软件，确立套管周围电荷分布的计算模型。
　　通过仿真研究考虑空间电荷影响的交流稳态电场、瞬态电场和直流稳态电场、瞬态电场，得到了在直流电压下，原来很均匀的电场分布发生了严重的畸变（靠近中心导电杆一侧场强增大很多，靠近SF6一侧场强变的很小）。工频交流电压下，空间电荷对套管电场的影响主要体现在瞬态且影响不大，对正常运行状态下的稳态场几乎没有影响;研究了空间电荷对特高压直流套管在极性反转场时的电场影响，极性反转结束瞬间电场强度普遍达到最大值且在SF6侧极板处达到整个过程的最大值;提出了利用克尔效应测量套管电场的方法，进行了利用克尔效应测量电场的实验，通过对比试验测量结果和仿真计算结果得出了该方法的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 直流套管国内外研究现状

1．2．2 干式直流套管生产设备及关键工艺控制

1．3 论文主要研究内容

第2章 高压套管绝缘设计

2．1 高压套管的电气性能

2．2 套管内外电场绝缘配合原则

2．2．1 内绝缘设计原则

2．2．2 外绝缘设计原则

2．2．3 内、外绝缘设计配合原则

2．3 特高压直流套管电场关键影响因素

2．4 本章小结

第3章 高压套管仿真计算方法及模型建立

3．1 空间电荷简介及电荷密度计算公式

3．2 高压套管的电场数值计算方法

3．3 Infolytica有限元软件简介

3．4 套管型绝缘结构电场的特点及特高压直流套管模型建立

3．4．1 电容套管电场的特点

3．4．2 特高压直流套管有限元计算简化模型

3．5 本章小结

第4章 考虑空间电荷分布影响的高压套管电场分析

4．1 空间电荷对交、直流场的影响

4．1．1 不考虑空间电荷影响的稳态场仿真

4．1．2 考虑空间电荷影响的稳态场仿真

4．1．3 考虑空间电荷影响的暂态场仿真

4．2 空间电荷对极性反转场的影响

4．2．1 极性反转电场的研究意义

4．2．2 极性反转电场的仿真方法

4．2．3 极性反转电场仿真结果分析

4．3 利用克尔效应测量电场

4．3．1 克尔效应测量电场原理

4．3．2 测量系统整体构成

4．3．3 电场测量试验

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果