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热老化对换流变绝缘油纸性能及交直流电场分布特性影响研究

邵山峰  
【摘要】:±1100kV特高压换流变压器作为特高压直流输电系统的关键设备,其运行的可靠性对直流系统的安全稳定具有至关重要的影响,作为目前世界电压等级最高的换流变压器,其内部油纸绝缘将承受高强度、极不均匀的电、磁、热、力极端多物理场的联合作用,多物理场协调控制难度极大。目前国内尚未突破±1100kV换流变压器绝缘配置、结构设计以及关键工艺控制技术,为提升自主研发特高压换流变压器的能力,占领国际输变电装备研制技术制高点,本文以绝缘油性能为侧重进行油纸选型研究,从油、纸老化特征量出发分析其老化以及电气特性,结合仿真分析老化对油纸绝缘交直流电场分布的影响,综合评判油纸组合的性能。本文研究成果为±1100kV特高压换流变压器油纸选型提供相关数据参考,具有重要的工程价值和学术意义。本文主要结论与成果如下:(1)针对±1100kV特高压换流变压器特殊的运行工况,挑选出克拉玛依KI-50X、壳牌S4 ZX-I两种绝缘油以及E级耐热等级的明士克绝缘纸,得到两种油纸组合。通过热老化试验可得,两种油纸组合均表现出优异的抗老化性能;其中KI-50X油纸组合绝缘纸老化速率较低,即KI-50X绝缘油的油纸配合在绝缘纸抗老化性能方面优于S4 ZX-I绝缘油。(2)获得了不同老化状态下绝缘油、纸的相对介电常数、电阻率、介损以及交流、直流、交直流叠加电压击穿特性。绝缘油的击穿场强随着交流分量的降低而缓慢下降,其击穿场强最小值与最大值相差较小;绝缘纸的绝缘强度随着交流分量的降低呈线性增大的变化趋势,直流击穿场强远大于交流击穿场强;在整个老化阶段,SM油纸组合电气性能明显优于KM油纸组合,但二者在老化90天时仍保持着较高的绝缘强度。(3)通过有限元仿真软件建立油纸绝缘模型,根据不同老化阶段绝缘油、纸相对介电常数以及电阻率的变化规律,得到不同老化状态下油纸绝缘的交直流电场分布规律。交流电压在油纸绝缘中呈容性分布,其电场分布情况几乎不受老化的影响;直流电压在油纸绝缘中呈阻性分布,老化将导致油中电场强度增大,纸中场强降低;交直流电压作用下,油中电场强度随着交流分量的降低,其电场变化率增大。(4)两种组合油纸绝缘均具有优异的老化以及电气性能,基于此本文主要从油纸配合的抗老化性能,散热性能以及交直流电场分布等方面考虑,得出KI-50X相较于S4 ZX-I绝缘油,更适合作为±1100kV换流变压器用绝缘油。


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