换流变压器套管的电气绝缘结构研究与设计优化

2022-06-01张洪涛

设备管理与维修 2022年8期

张洪涛

（大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆 163000）

0 引言

换流变压器浮筒是连接阀内外直流输电工程装置的主要绝缘结构，其隔离结构分为油浸纸凝汽器结构，广泛应用于变压器层，具有低输出、高密度、高安全性等明显优点。但换流变压器层存在技术难点，如特殊的工作条件，主要隔离体和不同绝缘配位结构复合材料的复杂物理和化学性能。

系统地研究变压器的电气绝缘结构设计和优化，包括纯环氧树脂和环氧浸渍纸复合材料对电容器铁芯电性能和热性能的实验研究，提出一种改进的等效补充保证方法，对实际运行中换流变压器套管电压和流量波形进行分析，研究两层垂直牵引结构的旋转电流加热和绝缘材料加热的理论计算方法。研究不同电压类型下全电压模型电位和电场的分配。推荐一种非线性有限元迭代计算方法，该方法考虑了复合溶液在直流稳态和极性反转跃迁下的温度场变化。选择并优化输出衬管的结构类型，为进一步设计和研究，研制干式变流器的原型变压器喷雾型式，并进行了型式试验。

1 复合凝汽器芯材料电、热性能的实验研究

首先，将波形纸置于金属涂层中，在真空中干燥72 h 以除去内部水分，然后在一定温度和真空下无气泡地倾倒样品。采用合适的工艺流程进行干燥，同时用纯环氧树脂在直径30 mm、厚度1 mm 的条件下制备纯环氧圆形试样。

在电子显微镜下极化和扫描环氧浸渍纸样品的结果如图1所示：图1a）显示瓦楞纸中的纤维素在一个方向上均匀分布；图1b）显示铝箔、瓦楞纸、纤维素和环氧树脂紧密相连，应尽量避免其界面上出现气泡等绝缘缺陷。

图1 环氧浸纸试样的微观形貌

堆芯内部的强度取决于材料体积的弹性，体积的弹性与温度密切相关。因此，有必要检查样品体积持久性与温度之间的非线性关系，测量3 个样品在恒定体积下的耐久性，并计算该温度下体积电阻的平均值。

一般来说，板与板之间的辐射很可能会降低，相同厚度的样品分解的可能性随着电场强度的增加而增加，样品厚度越小、电场强度越大，可以为核复合材料在运行过程中的分子极化过程提供数据主体支持。

2 电容器基本芯绝缘等效裕度法的改进

凝汽器膨胀的内部绝缘，即凝汽器芯，是电气结构的主要组成部分。在标称电压下观察点后方不得出现轴闪光。为了减小壳芯的结构尺寸，采用等厚不等步长的设计方法。关键是确定每层极板的步距，使轴场尽可能均匀，但调整过程相当繁琐。20 世纪90 年代提出了一种新的电容器芯设计方法，相当于裕度设计方法，从理论上证明了该方法能有效提高部分真空堆芯排空的启动电压，并对理论结果进行了验证。目前，国内交直流特高压输电的快速发展，对特高压输电能力的设计和发展提出了更高的要求。因此，在特高压的压力下，有必要研究是否需要对传统的电阻电容器包芯设计软件进行进一步的改进，以保证最大轴向场强尽可能接近参考值，从而导致电容器堆芯极板间产生电压。

永久衬套的设计应主要考虑温度的影响。交流条件下的设计结果必须作为迭代的基线。因此板间的部分空余量是平直分布的，板间的张力被一个倒U 形分开，这表明改进的等余量法对特高压变流器基本绝缘的理解是正确的，核心优化是多方面的，考虑到温度因素。

3 双向控制棒加热电流、旋转电流及绝缘环境的理论计算方法

为准确获取特高压换流变压器套管内的电压和流型，就需要精准的计算，包括交流边线及设备、换流缓冲、换流阀等永久性侧线和装置。变流器的索道缓冲器和墙壁清洁度应安装在顶部阀廊内。电压和流量波形包含大量和谐的高品质组件，如果换流变压器轴工作，高频谐波电流伴随着变压器振荡中的高频谐波损耗，高频谐波应力导致漏磁铁芯中的高频介质损耗，导致变压器衬套局部过热。因此，必须根据设计和评估高压直流输电设备的相关标准，在实际运行条件下，只要应用叠加定理得到方波流，就可以根据各次谐波流量和峰值负荷的值计算出涡流的热值，然后再计算出整圈的电流热值。谐波频率越高，趋肤效应越重要。通过定量分析发现，随着铜管电流板壁厚的增加，其热值先减小后增大。可以优化铜对管的结构尺寸以降低其热值。

介电损耗因数周期性浸渍纸复合槽芯的相对介电常数是芯工作温度和所需频率的函数。每层极板的长度和极板之间的绝缘厚度在设计完成后是圆形的，每层电极板之间的冷凝不再满足相同的容量条件，冷凝器芯冷凝应根据所需电极的尺寸准确计算。

换流变压器套管可能的电场分布和电场分布的模拟结果如图2、图3 所示，传感器的膨胀电容器芯调制效应导致传感器膨胀电容器芯部分的均匀分布，分布位置在电容器芯内集中的高强度区域，换流器间隔末端的评估圆对复合绝缘子的高比表面积有很好的遮挡作用，保护效果良好。