换流变压器极性反转电场瞬态特性分析

换流变压器阀侧绕组承受交、直流复合电场的作用。直流电压作用下油纸界面形成界面空间电荷，该空间电荷导致在电压突变时影响空间电场的分布。研究复合电场下的空间电荷影响机理、复合电场计算方法和复合电场绝缘材料的许用场强已经成为换流变压器研制开发的关键。本项目主要研究以下两个方面：.a)针对换流变压器极性反转电场的计算问题，研究考虑空间电荷影响的换流变压器油纸绝缘系统非线性、各向异性瞬态电场计算方法，从理论方法上取得突破。.b)结合保定天威集团大型变压器公司±800kV换流变压器的研制工作，研究极性反转电压作用下换流变压器油纸绝缘系统关键部位复合电场的瞬态特性，为绝缘系统工程设计提供依据。

针对极性反转瞬态电场问题，研究了考虑换流变压器油纸绝缘系统在电导率-电场强度非线性、油浸纸板电导率各向异性条件下瞬态电场的计算方法，提出了计算换流变压器极性反转瞬态电场的状态空间法、4阶Runge-Kutta法，给出了利用有限元剖分网格计算油浸纸板各剖分单元水平倾角的数值方法，分析了绝缘介质电导率-电场强度非线性条件下换流变压器极性反转过程持续时间对极性反转完成时刻电场分布的影响。分析结果表明，在绝缘介质电导率-电场强度非线性条件下，极性反转过程持续时间对反转完成时刻的电场分布影响很大，尤其是绝缘裕度较低的变压器油中电场强度值变化很大。如果同时考虑电导率-电场强度非线性及2分钟的短时极性反转过程，则反转完成瞬间油中最大电场强度值要比瞬间完成的电场强度值小50%，这对绝缘设计具有重要意义。.目前国内外学者在分析换流变压器极性反转过程时，往往只是定性地分析空间电荷及其电场对换流变压器极性反转电场的影响，没有对油纸绝缘结构中的空间电荷做定量地研究。我们提出用节点电荷(密度)-电位有限元法直接计算换流变压器极性反转瞬态过程中空间电荷及其电场分布，该方法直接以节点电荷（密度）和电位为待求量，计算精度较高。在得到空间电荷密度的基础上，提取导体表面电荷密度，从而可以准确地计算换流变压器金属结构件（比如静电环）表面法向电场强度，为结构设计提供依据。对一台±500kV换流变压器在极性反转电压下的瞬态电场、电荷及其电荷电场分布进行了计算分析。对比了绝缘介质电导率在各种条件下的瞬态电场和电荷分布，分析了瞬态过程中绝缘介质典型位置电场、电荷和静电环表面法向电场强度的变化特征。.对交直流复合电场问题，我们采用频域有限元方法分析绝缘介质电导率线性条件下的交直流复合电场，考虑了高次谐波电压分量的影响。对绝缘介质电导率-电场强度非线性条件下的交直流复合电场，提出将定点法和线性化迭代方法相结合，然后采用频域有限元方法进行计算。分别用不同数值方法分析了典型油纸绝缘结构的交直流复合电场，对比结果表明频域有限元算法适合实际换流变压器的交直流复合电场分析。