冲击负荷下牵引变压器绝缘热老化及其对水分的影响研究

摘要

牵引变压器是牵引供电系统的心脏，是电气化铁路中最关键和最昂贵的供电设备，其运行状态决定了牵引供电系统的安全稳定。牵引变压器的寿命主要由绝缘寿命决定，温度决定了绝缘老化速率的快慢，而水分同样会加速绝缘老化，是除温度以外的“头号敌人”。由于牵引变压器平均负荷率低，但当列车经过时绕组温度会瞬时上升，其内部的温度场分布极不均匀，长期处于冲击负荷的作用下，油纸绝缘的老化速率分布极不均匀，同时，变压器内部的油纸绝缘中的水分分布亦不均匀。因此本文针对冲击负荷对牵引变压器温度场和热老化特性进行了研究，同时探究了老化对水分扩散的影响规律，对更好的评估牵引变压器的剩余寿命具有重要的工程意义。　　首先根据试验变压器饼式绕组的结构特点，搭建了试验变压器低压绕组的二维数值仿真模型，且与试验变压器的温升试验值完成了对比验证，研究了不同冲击条件下绕组温度场的分布特征，分析了冲击负荷的负荷率、冲击持续时间和冲击间隔时间对绕组热点温升的影响规律。　　其次设计了加速冲击热老化试验，搭建了加速冲击热老化试验平台，测试得到了不同冲击条件下绝缘纸聚合度的变化情况，分析了冲击负荷对绝缘纸热老化速率与使用寿命的影响，并确定了冲击条件对老化速率的客观权重评价。　　最后测试了不同温度、不同老化程度和不同厚度下绝缘纸中的暂态水分含量和稳态水分含量，并结合有限元仿真模型获得了不同条件下油纸绝缘中水分扩散的扩散因子和平衡时间常数，分析了老化对油纸绝缘中水分扩散的影响。

目录

声明

第1 章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 变压器热点温升研究现状

1.2.2 油纸绝缘热老化研究现状

1.2.3 油纸绝缘中水分扩散特性研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2 章冲击负荷下牵引变压器温升特征分析

2.1 牵引变压器温升试验平台

2.2 牵引变压器数值仿真模型

2.2.1 网格划分

2.2.2 材料物性

2.2.3 控制方程

2.2.4 边界条件

2.2.5 仿真模型验证及误差分析

2.3 仿真结果与分析

2.3.1 负荷率对绕组热点温升的影响

2.3.2 冲击持续时间对绕组热点温升的影响

2.3.3 冲击间隔时间对绕组热点温升的影响

2.4 本章小结

第3 章 冲击负荷下油纸绝缘热老化分析

3.1 冲击负荷下油纸绝缘热老化试验设计原理

3.1.1 冲击负荷下油纸绝缘热老化试验温度计算

3.1.2 冲击负荷下油纸绝缘热老化试验的持续时间计算

3.1.3 冲击负荷下油纸绝缘热老化试验的间隔时间计算

3.1.4 冲击负荷下油纸绝缘热老化试验步骤

3.2 试验

3.2.1 试验温度参数设置

3.2.2 试验持续时间和间隔时间设置

3.2.3 试验材料及预处理

3.2.4 加速冲击热老化试验平台搭建及聚合度测试

3.3 试验结果与分析

3.3.1 试验测试结果

3.3.2 冲击负荷对绝缘纸热老化速率的影响

3.3.3 冲击条件对老化速率的客观权重评价

3.3.4 冲击负荷对油纸绝缘运行寿命的影响

3.4 本章小结

第4 章老化对油纸绝缘水分扩散的影响研究

4.1 试验

4.1.1 试验材料制备及预处理

4.1.2 加速热老化试验及聚合度测试

4.1.3 绝缘纸暂态水分含量测试

4.2 试验结果

4.2.1 绝缘纸加速热老化试验结果

4.2.2 绝缘纸稳态水分含量

4.2.3 绝缘纸暂态水分含量

4.3 热老化对水分扩散参数的影响

4.3.1 水分扩散模型

4.3.2 扩散因子与平衡时间常数的提取

4.3.3纤维素结构对水分扩散的影响分析

4.4 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果