換流變壓器交直流復(fù)合電場和極性反轉(zhuǎn)電場算法研究.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,在潮流反轉(zhuǎn)時又承擔(dān)極性反轉(zhuǎn)瞬態(tài)電場,準(zhǔn)確計算其油紙絕緣結(jié)構(gòu)中的電場是換流變壓器絕緣設(shè)計的基礎(chǔ),深入研究換流變壓器交直流復(fù)合電場和極性反轉(zhuǎn)瞬態(tài)電場分布特征對換流變壓器的設(shè)計、制造和維護(hù)具有重要意義。本文對換流變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)交直流復(fù)合電場和極性反轉(zhuǎn)瞬態(tài)電場計算方法進(jìn)行了深入的研究,主要內(nèi)容如下:
　　 (1)交直流復(fù)合電場的

2、頻域有限元計算方法研究
　　 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)計人員普遍采用的分析方法只將直流電場疊加交流電場作為交直流復(fù)合電場,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,考慮了高次諧波電壓分量的影響。對絕緣介質(zhì)電導(dǎo)率一電場強(qiáng)度非線性條件下的交直流復(fù)合電場,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,對比結(jié)果表明頻域有限元算法既可以比瞬態(tài)法減少計算時間,又可以比諧波平衡有限元法節(jié)省計算機(jī)內(nèi)存,適合實(shí)際換流變壓器的交直流復(fù)合電場分析。本文同時對油紙絕緣結(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)合電場進(jìn)行了計算,對計算結(jié)果作了比較分析。
　　 (2)絕緣介質(zhì)電導(dǎo)率-電場強(qiáng)度非線性條件下?lián)Q流變壓器極性反轉(zhuǎn)

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

5、慮電導(dǎo)率.電場強(qiáng)度非線性及2分鐘的短時極性反轉(zhuǎn)過程,則反轉(zhuǎn)完成瞬間油中最大電場強(qiáng)度值要比瞬間完成的電場強(qiáng)度值小50％,這對絕緣設(shè)計具有重要意義。
　　 (3)分析換流變壓器極性反轉(zhuǎn)電場的節(jié)點(diǎn)電荷(密度)-電位有限元方法
　　 目前國內(nèi)外學(xué)者在分析換流變壓器極性反轉(zhuǎn)過程時,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解釋電荷及其電場對換流變壓器極性反轉(zhuǎn)電場的影響,沒有對油紙絕緣結(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算換流變壓器極性反轉(zhuǎn)瞬態(tài)過程中空間電荷及其電場分布的數(shù)值計算方法一節(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))表面法向電場強(qiáng)度,為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。
　　 (4)一臺±500kV換流變壓器極性反轉(zhuǎn)電場和電荷分布的計算
　　 利用本文提出的節(jié)點(diǎn)電荷(密度)