温度梯度下换流变压器套管绝缘特性分析

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1、沈阳工业大学硕士学位论文温度梯度下换流变压器套管绝缘特性分析StudyonInsulationCharacteristicsofConverterTransformerBushingundertheTemperatureGradient作者：沈文单位：电气工程学院指导教师：徐建源教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年3月3日学位授予单位：沈阳工业大学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

2、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

3、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

4、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IAbstractConvertertransformerbushingisoneofkeyequipmentsinHVDCtransmissionsystem,usedforelectricalconvertersubstationsandconverterbe

5、tweentransformerandsemiconductorvalvehall,transmissionlineconnection,supportandinsulationtoground.Insulationfailureisthemaincauseofbushingfailureofconvertertransformerinoperation,thisisbecauseinthestrongelectricfieldenvironment,itiseasytocausethechangeofrheologicalbushinglocalfieldintensityistoo

6、high,resultinginaninsulatingmediumandbreakdownofinsulationdamage.Therefore,thecomputationandanalysisoftheelectricfieldintensitydistributionoftheconvertertransformerbushinginthedifferentworkingconditionsinoperation,findoutthehighestfieldstrengthsandbushinginthebreakdownofinsulationfailureandrootc

7、ause.Thispapertakesthe600kVconvertertransformerbushingasresearchobject,thedistributionoftheelectricfieldcalculationofbushingindifferenttypesoftestvoltagestressusingfiniteelementmethod,analysisofbushinginsulationperformance.F