论文摘要
套管和出线装置是换流变压器的核心部件,其绝缘结构设计与优化一直是所需攻克的技术难点。考虑二者所承受的电压类型和实际需求,本文结合套管的关键尺寸建立了出线装置仿真模型,仿真分析了不同激励条件下出线装置内部的电场分布情况,并在此基础上进行出线装置的绝缘结构优化。研究成果对提高国内换流变压器制造水平,实现换流变压器套管和出线装置的国产化具有一定的指导意义。首先,利用等电容、等厚度、等裕度三种方法进行套管内绝缘电容芯子的设计,并编写了计算套管内绝缘关键尺寸的软件。通过比较三种方法下各主要参数的计算结果,确定了套管的最佳尺寸,为建立出线装置仿真模型提供数据参考。其次,根据套管的尺寸和出线装置的结构建立了仿真模型,利用有限元电场仿真软件分析了出线装置在交流、直流及极性反转电压作用时的电场分布情况。研究结果表明：在交流电压作用下相对介电常数较小的变压器油中承受较高场强；在直流电压作用下电阻率较大的绝缘纸板中承受较高的场强,最大场强出现在均压球上表面的绝缘中；在极性反转瞬间,空间电荷的作用使变压器油承担了极高场强。此外,还研究了运行温度和含水率对直流电压下出线装置电场分布的影响规律。研究结果表明：温度对直流电压作用下出线装置电场分布有较大的影响,随温度的降低变压器油和绝缘纸板中的电场分布越趋不均匀；随着油纸绝缘含水率的增加,纸板的电阻率下降幅度较大,变压器油的电阻率下降幅度较小,油纸绝缘中最大场强均随含水率的增加而减小。最后,对出线装置的绝缘结构进行了优化设计,研究了均压球电极形状对场强分布的影响,讨论了应用非线性绝缘纸板代替传统纸板的可行性。研究结果表明：适当增加均压球电极曲率半径能够达到均化电场的效果,并确定了最优的均压球圆弧半径尺寸；非线性纸板可有效地改善出线装置电场分布。此项研究可为换流变压器套管及出线装置的绝缘设计提供参考。