混合电场下油纸绝缘系统击穿和沿面闪络特性的研究

论文摘要

换流变压器是高压直流输电中的重要设备,它的运行可靠性直接影响着电网的安全运行。运行中的换流变压器除受到交直流叠加电压外,还要承受各种操作和雷电冲击过电压以及极性反转电压的作用,给阀侧绕组的绝缘带来严重挑战。对此,本论文对阀侧绕组油纸绝缘结构的击穿和沿面闪络问题进行研究。本论文的主要内容分为两个部分:油纸绝缘系统体击穿的研究和沿面闪络特性的研究。首先建立了油纸绝缘结构体击穿仿真模型,仿真了直流、交流和交直流电压下的电场分布。介绍了沿面闪络的两大基本理论:二次电子崩理论和电子极化松弛理论,概括了影响绝缘材料沿面闪络的因素以及抑制措施。结果表明,增加材料表面的粗糙度、改变绝缘子的外形以及预放电处理等都能有效的提高沿面闪络电压。其次介绍了体击穿实验的三电极系统,制作了沿面闪络的电极系统并进行了仿真分析,结果显示制作的电极系统符合实验的要求。介绍了实验用绝缘纸板和变压器油的预处理过程,搭建了实验用的预处理系统和检测系统。最后进行了实验的研究,结果显示变压器油的交流击穿电压值受温度的影响很小,而直流电压值受温度的影响不能忽略。浸油纸板的击穿电压受温度的影响较小,随着交流含量的增加呈负指数衰减明显,并推导了击穿场强和交流含量的负指数关系公式。油纸绝缘的击穿电压在单纯交流和单纯直流时受温度的影响较小,在交流含量为50%时受温度的影响最大。击穿电压值交直流叠加(交流含量≤50%)最大,直流电压次之,交流电压最小。随着间距的增加闪络电压的提高越来越不明显,呈现出一种“饱和”现象。平行分量电极系统开始加压过程中泄漏电流很小,闪络前夕电流迅速增大并立即发生闪络,法向分量电极系统闪络一次后能够发生一次甚至多次闪络。法向分量的闪络电压低于平行分量电压值,单纯交流时更明显。该论文可为换流变压器的绝缘设计以及高压直流设备的制造提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的学术背景、目的与实际意义
• 1.2 换流变压器
• 1.2.1 换流变压器的特点
• 1.2.2 特高压换流变压器试验
• 1.3 换流变压器阀侧绕组油纸绝缘系统研究
• 1.3.1 油纸绝缘结构体击穿特性研究进展
• 1.3.2 油纸绝缘结构沿面闪络特性研究进展
• 1.4 本论文的主要内容
• 第2章 换流变压器阀侧绕组油纸绝缘结构理论分析
• 2.1 阀侧绕组油纸模型
• 2.1.1 有限元分析模型
• 2.1.2 不同电压形式下的电场分布
• 2.2 沿面闪络理论模型
• 2.2.1 二次电子崩理论
• 2.2.2 电子触发极化松弛理论
• 2.3 沿面闪络的改善和抑制
• 2.3.1 材料的表面处理
• 2.3.2 绝缘介质的介电常数
• 2.3.3 绝缘子几何形状的影响
• 2.3.4 预放电处理
• 2.3.5 电压波形的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验系统的设计
• 3.1 实验电极系统的设计
• 3.1.1 体击穿电极系统
• 3.1.2 沿面闪络电极系统
• 3.2 实验用交、直流叠加电源设备介绍
• 3.3 实验准备
• 3.3.1 绝缘纸板的制备
• 3.3.2 变压器油的预处理
• 3.3.3 其他检测设备介绍
• 3.4 实验方法
• 3.5 本章小结
• 第4章 混合电场下油纸绝缘击穿和沿面闪络特性数据分析
• 4.1 混合电场下油纸绝缘的击穿特性分析
• 4.1.1 变压器油的击穿特性分析
• 4.1.2 浸油纸板的击穿特性分析
• 4.1.3 油纸复合绝缘击穿特性分析
• 4.2 油纸绝缘沿面闪络特性分析
• 4.2.1 平行电场分量电极系统沿面闪络分析
• 4.2.2 法向分量电极系统沿面闪络分析
• 4.2.3 平行分量和法向分量结果对比
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢