换流变压器油纸绝缘击穿特性

【摘要】：换流变压器是高压直流输电系统中的关键设备之一，由于承受交流、直流、直流叠加交流以及极性反转等电压作用，其阀侧主绝缘出厂试验和运行中都有较高的故障率。国内外学者针对换流变压器绝缘问题开展了大量的试验研究或电场仿真，但研究内容还不够完善，也有少量研究结果出现了相互矛盾的结论。因此，有必要对换流变压器油纸绝缘特性进行更深入研究。 本文利用RC模型对多种电压下油纸复合绝缘电压分布特性进行了数学分析，讨论了电压分布对绝缘击穿的影响。设计了直流叠加交流及极性反转高压试验装置，以平板电极为基本试验电极模型，在不同间隙和不同温度下对油隙、浸油纸板和油纸复合绝缘样品进行了交流、直流、直流叠加交流和极性反转电压击穿试验研究。在此基础上进一步探讨了换流变压器油纸绝缘击穿机理，并对换流变压器阀侧主绝缘技术进行了分析。 研究结果表明，在RC模型下直流升压和极性反转过程将引起油纸复合绝缘内部油隙的电压暂态升高，其幅值决定于外施电压变化速度与持续时间、充电时间常数和绝缘电阻比值。任一温度下变压器油直流叠加交流击穿电压高于交流击穿电压，变压器油交流击穿电压温度特性与直流和极性反转击穿电压温度特性有较大区别。随交流分量增加浸油纸板的直流叠加交流击穿电压迅速下降，低温下极性反转会造成浸油纸板击穿电压降低，这些现象证实浸油纸板也是一种纸板和油孔构成的复合绝缘。不同交流分量下油纸复合绝缘直流叠加交流击穿电压出现了明显的极大值点，本文认为它是由浸油纸板击穿引起油纸复合绝缘击穿与由油隙击穿引起油纸复合绝缘击穿的分界点。低温下极性反转造成油纸复合绝缘击穿电压明显降低，极性反转速度越快越严重。极性反转电压下油纸复合绝缘吸收电流初始值、衰减函数和积累电荷量偏离了RC模型确定的规律，且与所施加电压幅值相关。 总结试验结果发现直流和极性反转电压下油纸绝缘击穿特性不能用现有击穿理论解释，利用空间电荷积聚与消散过程及其对电场分布影响能解释这些现象。认为通过出厂交流和直流试验的换流变压器阀侧主绝缘能够胜任稳态运行条件，由于浸油纸板击穿电压随交流分量增加快速下降，油隙闪络使浸油纸板承受电压幅值及其交流分量百分数提高会造成油纸复合绝缘击穿，所以有必要对变压器油进行严格净化和运行监测。极性反转暂态特性及其与施加电压的非线性关系要得到足够重视，应尽量避免低温下快速极性反转，随6脉动桥数增加，极性反转试验电压幅值会高于交流试验电压幅值，为承受这种极性反转电压作用应该适当增大油隙尺寸。