換流變壓器交直流復(fù)合電場(chǎng)和極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)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(shè)備之一,其閥側(cè)繞組在正常工況下承受含有高次諧波成分的交直流復(fù)合電場(chǎng),在潮流反轉(zhuǎn)時(shí)又承擔(dān)極性反轉(zhuǎn)瞬態(tài)電場(chǎng),準(zhǔn)確計(jì)算其油紙絕緣結(jié)構(gòu)中的電場(chǎng)是換流變壓器絕緣設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),深入研究換流變壓器交直流復(fù)合電場(chǎng)和極性反轉(zhuǎn)瞬態(tài)電場(chǎng)分布特征對(duì)換流變壓器的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)具有重要意義。本文對(duì)換流變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)交直流復(fù)合電場(chǎng)和極性反轉(zhuǎn)瞬態(tài)電場(chǎng)計(jì)算方法進(jìn)行了深入的研究,主要內(nèi)容如下:
　　 (1)交直流復(fù)合電場(chǎng)的

2、頻域有限元計(jì)算方法研究
　　 換流變壓器閥側(cè)繞組承受的交直流復(fù)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(shè)計(jì)人員普遍采用的分析方法只將直流電場(chǎng)疊加交流電場(chǎng)作為交直流復(fù)合電場(chǎng),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(zhì)電導(dǎo)率線性條件下的交直流復(fù)合電場(chǎng),考慮了高次諧波電壓分量的影響。對(duì)絕緣介質(zhì)電導(dǎo)率一電場(chǎng)強(qiáng)度非線性條件下的交直流復(fù)合電場(chǎng),提出將定點(diǎn)法和線性化迭代方法相結(jié)合,然后采用頻域有限元

3、方法進(jìn)行計(jì)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(jié)構(gòu)的交直流復(fù)合電場(chǎng),對(duì)比結(jié)果表明頻域有限元算法既可以比瞬態(tài)法減少計(jì)算時(shí)間,又可以比諧波平衡有限元法節(jié)省計(jì)算機(jī)內(nèi)存,適合實(shí)際換流變壓器的交直流復(fù)合電場(chǎng)分析。本文同時(shí)對(duì)油紙絕緣結(jié)構(gòu)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(fù)合電場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算,對(duì)計(jì)算結(jié)果作了比較分析。
　　 (2)絕緣介質(zhì)電導(dǎo)率-電場(chǎng)強(qiáng)度非線性條件下?lián)Q流變壓器極性反轉(zhuǎn)

4、過(guò)程持續(xù)時(shí)間對(duì)極性反轉(zhuǎn)完成時(shí)刻電場(chǎng)分布的影響
　　 目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在換流變壓器極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)分析時(shí)沒(méi)有同時(shí)考慮絕緣介質(zhì)電導(dǎo)率非線性和短時(shí)極性反轉(zhuǎn)過(guò)程的影響,本文詳細(xì)研究了絕緣介質(zhì)電導(dǎo)率一電場(chǎng)強(qiáng)度非線性條件下,短時(shí)極性反轉(zhuǎn)過(guò)程持續(xù)時(shí)間對(duì)極性反轉(zhuǎn)完成時(shí)刻電場(chǎng)分布的影響。分析結(jié)果表明,在絕緣介質(zhì)電導(dǎo)率-電場(chǎng)強(qiáng)度非線性條件下,極性反轉(zhuǎn)過(guò)程持續(xù)時(shí)間對(duì)反轉(zhuǎn)完成時(shí)刻的電場(chǎng)分布影響很大,尤其是絕緣裕度較低的變壓器油中電場(chǎng)強(qiáng)度值變化很大。如果同時(shí)考

5、慮電導(dǎo)率.電場(chǎng)強(qiáng)度非線性及2分鐘的短時(shí)極性反轉(zhuǎn)過(guò)程,則反轉(zhuǎn)完成瞬間油中最大電場(chǎng)強(qiáng)度值要比瞬間完成的電場(chǎng)強(qiáng)度值小50％,這對(duì)絕緣設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　 (3)分析換流變壓器極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)電荷(密度)-電位有限元方法
　　 目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在分析換流變壓器極性反轉(zhuǎn)過(guò)程時(shí),往往只是定性地用空間電荷在極性反轉(zhuǎn)前后不能突變或變化量很小來(lái)解釋電荷及其電場(chǎng)對(duì)換流變壓器極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)的影響,沒(méi)有對(duì)油紙絕緣結(jié)構(gòu)中的空間電荷做定量地研究。

6、本文提出一種能夠直接計(jì)算換流變壓器極性反轉(zhuǎn)瞬態(tài)過(guò)程中空間電荷及其電場(chǎng)分布的數(shù)值計(jì)算方法一節(jié)點(diǎn)電荷(密度)-電位有限元法,該方法直接以節(jié)點(diǎn)電荷(密度)和電位為待求量,計(jì)算精度較高。在得到空間電荷密度的基礎(chǔ)上,提取導(dǎo)體表面電荷密度,從而可以準(zhǔn)確地計(jì)算換流變壓器金屬結(jié)構(gòu)件(比如靜電環(huán))表面法向電場(chǎng)強(qiáng)度,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　 (4)一臺(tái)±500kV換流變壓器極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)和電荷分布的計(jì)算
　　 利用本文提出的節(jié)點(diǎn)電荷(密度)