油纸绝缘电导非线性特性对阀侧出线绝缘裕度的影响研究

油纸绝缘电导非线性特性对阀侧出线绝缘裕度的影响研究

换流变压器是直流电网的核心设备,承受着复杂的交流、直流及极性反转电场的作用。相较400kV及以下电压等级而言,±800kV及以上特高压换流变压器内部高场强区域范围扩大,对内部绝缘设计裕度考核更加严格。

但当前换流变压器的生产制造能力已经接近极限,需要进行更加精益化的设计来满足特高压工程的要求,而能够得到精确的设计参数,如电导率,对换流变压器精益化设计尤为重要。换流变压器内绝缘为油纸绝缘结构,直流电场下,油纸绝缘材料中的直流场强分布与电导率呈反比。

油纸电导率随着温度等因素的变化呈非线性变化,增加了测试得到精确电导率参数的难度。当前工程上在对特高压换流变压器绝缘设计时,仅进行常温下的仿真分析,而忽略了油纸电导率随温度等因素的变化呈非线性变化的情况。

因此模拟实际运行工况,精确设计油纸绝缘材料电导率测试平台,在线测试不同温度、电场强度下的油纸绝缘材料的电导率及其非线性变化,对特高压换流变压器精益化设计具有十分重要的工程意义。搭建了一套油纸绝缘材料工艺处理及电导特性测试平台,通过控制变压器油及浸油纸板的温度、含水量、介损、颗粒度等指标,对油纸绝缘材料的电导率进行在线测量,平台包括变压器油处理系统、绝缘纸板干燥真空浸油系统和油纸绝缘试验平台三个部分。

国内首次在线测试得到油纸绝缘材料电导率随温度和电场强度变化呈指数规律变化的曲线,包括常规变压器油、直流专用变压器油和浸油纸板的温度-电导率、场强-电导率曲线,并针对在线测试结果推导出经验公式。搭建阀侧出线装置模型,发现在不同油纸电导率比值下,出线装置内会出现局部场强集中及高电位区域电位梯度增加的现象,发现了油纸电导率比值对换流变压器内部电位分布及

直流电场分布的影响。

对一套工程用±400kV阀侧出线装置典型结构进行仿真建模,研究20℃和65℃下阀侧出线装置内油纸绝缘结构耐受交流、直流及极性反转电场的情况,重点对比直流场下,阀侧出线部位的绝缘裕度,仿真校核结果表明：在考虑油纸绝缘材料温度-电导率非线性特性的情况下,随着温度的升高,油纸绝缘内部及表面电场分布更加均匀,高温下,绝缘表面场强集中程度得到缓解,阀侧出线装置具有更高的绝缘裕度。