換流變壓器交直流復合電場和極性反轉電場算法研究.pdf

1、換流變壓器是高壓直流輸電系統(tǒng)中的重要設備之一,其閥側繞組在正常工況下承受含有高次諧波成分的交直流復合電場,在潮流反轉時又承擔極性反轉瞬態(tài)電場,準確計算其油紙絕緣結構中的電場是換流變壓器絕緣設計的基礎,深入研究換流變壓器交直流復合電場和極性反轉瞬態(tài)電場分布特征對換流變壓器的設計、制造和維護具有重要意義。本文對換流變壓器油紙絕緣結構交直流復合電場和極性反轉瞬態(tài)電場計算方法進行了深入的研究,主要內容如下:
　　 (1)交直流復合電場的

2、頻域有限元計算方法研究
　　 換流變壓器閥側繞組承受的交直流復合電壓中不僅含有直流分量和基頻交流分量,還含有高次諧波分量。目前變壓器設計人員普遍采用的分析方法只將直流電場疊加交流電場作為交直流復合電場,忽略了高次諧波的影響。本文采用頻域有限元方法分析絕緣介質電導率線性條件下的交直流復合電場,考慮了高次諧波電壓分量的影響。對絕緣介質電導率一電場強度非線性條件下的交直流復合電場,提出將定點法和線性化迭代方法相結合,然后采用頻域有限元

3、方法進行計算。分別采用頻域有限元方法、瞬態(tài)法和諧波平衡有限元方法分析了典型油紙絕緣結構的交直流復合電場,對比結果表明頻域有限元算法既可以比瞬態(tài)法減少計算時間,又可以比諧波平衡有限元法節(jié)省計算機內存,適合實際換流變壓器的交直流復合電場分析。本文同時對油紙絕緣結構典型模型在電阻率為線性、非線性和非線性各向異性條件下的交直流復合電場進行了計算,對計算結果作了比較分析。
　　 (2)絕緣介質電導率-電場強度非線性條件下?lián)Q流變壓器極性反轉

4、過程持續(xù)時間對極性反轉完成時刻電場分布的影響
　　 目前國內外學者在換流變壓器極性反轉電場分析時沒有同時考慮絕緣介質電導率非線性和短時極性反轉過程的影響,本文詳細研究了絕緣介質電導率一電場強度非線性條件下,短時極性反轉過程持續(xù)時間對極性反轉完成時刻電場分布的影響。分析結果表明,在絕緣介質電導率-電場強度非線性條件下,極性反轉過程持續(xù)時間對反轉完成時刻的電場分布影響很大,尤其是絕緣裕度較低的變壓器油中電場強度值變化很大。如果同時考

5、慮電導率.電場強度非線性及2分鐘的短時極性反轉過程,則反轉完成瞬間油中最大電場強度值要比瞬間完成的電場強度值小50％,這對絕緣設計具有重要意義。
　　 (3)分析換流變壓器極性反轉電場的節(jié)點電荷(密度)-電位有限元方法
　　 目前國內外學者在分析換流變壓器極性反轉過程時,往往只是定性地用空間電荷在極性反轉前后不能突變或變化量很小來解釋電荷及其電場對換流變壓器極性反轉電場的影響,沒有對油紙絕緣結構中的空間電荷做定量地研究。

6、本文提出一種能夠直接計算換流變壓器極性反轉瞬態(tài)過程中空間電荷及其電場分布的數(shù)值計算方法一節(jié)點電荷(密度)-電位有限元法,該方法直接以節(jié)點電荷(密度)和電位為待求量,計算精度較高。在得到空間電荷密度的基礎上,提取導體表面電荷密度,從而可以準確地計算換流變壓器金屬結構件(比如靜電環(huán))表面法向電場強度,為結構設計提供依據(jù)。
　　 (4)一臺±500kV換流變壓器極性反轉電場和電荷分布的計算
　　 利用本文提出的節(jié)點電荷(密度)