温度梯度下±800 kV干式高压直流套管电场调控方法
高压干式直流套管的主要绝缘材料是环氧树脂/皱纹纸复合材料，与油纸绝缘相比，具有维护量小、防火防爆、机械强度高等优点。由于套管中心导杆承载电流的焦耳发热远高于绝缘介质承受电压时产生的损耗，使得在高压套管电容芯子中存在较大温度梯度，这在散热性能较差的干式绝缘中则更为明显。温度梯度的存在会导致绝缘材料电导率在径向上出现梯度分布，并进一步影响直流下的电场分布，并出现电场翻转现象。本文通过理论分析和仿真验证探究了温度梯度对电场分布的影响机理，并提出了相应电场优化方法，具体内容包括： 以±800kV换流变压器干式套管为研究对象，采用电容芯体常用的圆锥模型，建立了相应的电热耦合仿真模型，对温度梯度下干式直流套管温度场电场进行了仿真计算。研究表明：温度梯度会导致最外层极板处电场强度的升高，5kA载流时最外层极板处电场强度相比空载时上升了44.5%。 利用氮化硼(Boronnitride，BN)的良好导热性，向环氧浸渍纸中引入BN纳米粒子进行改性，通过降低温度梯度的方法来改善电场分布。研究表明：BN纳米粒子的引入，提高了环氧浸渍纸热导率，降低了套管内部温度梯度；热导率和电导率温度系数是影响电场翻转程度的主要因素；通过选择合适BN掺杂比例，在保证绝缘介质强度不受明显影响下，可降低温度梯度下的电场翻转程度，进而降低最外层极板处场强；选取5wt%BN掺杂可使5kA载流时电容芯子最外层极板处场强比未改性时降低了3%。 对温度梯度下干式直流套管的绝缘结构进行了优化，提出了兼顾空载下电场均化和负载下电场翻转的绝缘结构设计方案，以降低温度梯度下绝缘外层的最大场强，并给出了电容芯子的两种优化方案。仿真结果表明：两种方案的最大场强比未优化时分别下降了16.5%和19.4%。
高压直流套管;电场调控;绝缘纸板;纳米改性;温度梯度;电热耦合
哈尔滨理工大学
硕士
高电压与绝缘技术
陈庆国
2022
中文
TM216.5
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）