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换流变压器阀侧、网侧绕组的电场特性研究

李冬雪  
【摘要】:随着国民经济的快速发展,具有远距离、大容量、低损耗送电优势的高压直流输电成为我国电网的发展趋势。换流变压器作为直流输电系统的重要设备,其运行可靠性直接影响整个系统的性能。由于阀侧绕组工况的特殊性以及材料的复杂性,换流变压器内部的电磁场问题具有较多的不确定性因素,研究起来特别困难。在变压器设计和制造过程中,其绝缘结构的设计是重点也是难点之一。因此,研究换流变压器内部的电场分析方法,开发系统化分析软件,对指导变压器设计有着非常重要的理论意义和实用价值。 对换流变压器纵绝缘的考核与电力变压器相同主要是绕组波过程的计算,目前为简化计算主要采用单绕组等值电路模型,忽略了低压绕组参数的影响,对绝缘的考核不够准确。本文在研究单绕组等值电路模型的基础上推导了考虑低压绕组参数的双绕组等值电路模型,并基于双绕组等值电路模型开发了一套工程实用的波过程计算软件。在变压器的主绝缘方面,绝缘材料纸板的电导率是影响换流变压器直流电场计算精度的一个重要参数,在以往的文献中对于纸板的非线性和各向异性问题一直没有深入的研究,对此本文给出了非线性各向异性直流电场的数学模型,并通过理论分析和数学推导编写了换流变压器直流电场的计算程序。主要工作如下: (1)在分析了变压器单绕组等值电路模型的基础上,指出了单绕组等值电路模型的不足,建立了双绕组等值电路模型。通过微分方程的求解计算出沿变压器绕组各饼的冲击电压分布和饼间油道的最大电位梯度,找出绝缘的薄弱环节从而指导变压器设计。 (2)根据现有计算软件的不足,开发了面向工程设计人员的波过程计算软件,该软件以双绕组等值电路模型为基础。可用于分析各种电压等级、容量及多种结构的大型变压器的起始分布、冲击响应和油道最大电位梯度。 (3)建立了三相变压器不同进波情况下的等值电路模型,给出了单相进波和三相进波情况下三相绕组的波过程研究方法,通过实例计算研究了绕组联接形式和进波方式对波过程计算的影响规律。以常用的内屏蔽式绕组为例,考虑了不均匀电场对电容参数的影响,分别应用解析法、阻抗电路法和数值计算法,计算了两个线饼的饼间电容和对地电容,与测量值比较,给出了适合内屏蔽式绕组的参数计算方法。 (4)考虑材料的各向异性和非线性特征,提出了同时考虑材料两种特性的直流稳态电场的数学模型,推导相应的离散格式,编写了直流稳态电场的计算程序。基于不同的材料特性分析了换流变压器阀侧绕组的电场分布规律。以一台实际变压器为例,基于ANSYS软件进行二次开发并与直流稳态电场程序计算的结果进行对比,验证了直流稳态电场模型和计算方法的正确性。 (5)考虑电场计算的不确定因素,应用瞬态场计算的方法对换流变压器阀侧极性反转电场进行计算,给出了计算最大电场强度的计算方法,进一步提高了电场的计算精度。


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