發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 18:24

【摘要】：飽和電抗器的主要作用是保護(hù)晶閘管正常的開斷,飽和電抗器的失效將會直接威脅到換流閥的安全運(yùn)行。換流閥周期性的導(dǎo)通與關(guān)斷使飽和電抗器絕緣長期承受周期性脈沖電熱應(yīng)力,這可能會使環(huán)氧樹脂承受電熱應(yīng)力最嚴(yán)重的局部薄弱環(huán)節(jié)的絕緣性能快速下降。目前對飽和電抗器環(huán)氧樹脂在這種電熱環(huán)境下的絕緣老化失效機(jī)理尚不清楚。為了揭示飽和電抗器在周期性脈沖電熱應(yīng)力下的老化機(jī)理和定量評估其老化壽命。本文以±1100kV特高壓直流換流閥整流側(cè)飽和電抗器為研究對象,通過有限元仿真得到了環(huán)氧樹脂內(nèi)部絕緣薄弱點(diǎn)的電熱參數(shù)�；谶@些參數(shù),搭建了工頻脈沖電壓和等幅值的工頻正弦電壓的電熱聯(lián)合老化試驗(yàn)平臺,并對比了兩者之間的老化差異性;基于Cole-Cole弛豫模型提取老化特征參量,為揭示飽和電抗器環(huán)氧樹脂局部薄弱環(huán)節(jié)的老化機(jī)理及老化壽命評估提供了指導(dǎo)。首先,基于有限元分法,采用ANSYS Maxwell軟件對飽和電抗器鐵芯損耗進(jìn)行建模,導(dǎo)入5000A滿負(fù)荷工況下的瞬時(shí)電流數(shù)據(jù),仿真得到了鐵芯損耗瞬時(shí)功率波形和損耗功率密度分布。同時(shí),為了得到飽和電抗器環(huán)氧樹脂局部最大電場的分布情況,對飽和電抗器正常運(yùn)行工況下的峰值時(shí)刻電場進(jìn)行仿真。其次,為了找到飽和電抗器內(nèi)部環(huán)氧樹脂材料中最大熱點(diǎn)溫度的位置,基于ANSYS Maxwell軟件仿真得到的飽和電抗器的鐵芯損耗功率密度建立鐵芯的電磁熱耦合模型,得到了鐵芯的溫度分布。為了進(jìn)一步得到飽和電抗器內(nèi)部環(huán)氧樹脂整體的溫度分布情況,在此基礎(chǔ)上結(jié)合ANSYS Fluent軟件建立了電磁熱流多物理場耦合仿真模型。最終確定了環(huán)氧樹脂內(nèi)部最熱點(diǎn)溫度值及位置。最后,對飽和電抗器環(huán)氧樹脂進(jìn)行電熱聯(lián)合老化試驗(yàn)。為了研究環(huán)氧樹脂在這兩種工況下的老化差異性,分別搭建了工頻正弦電壓和工頻脈沖電壓下的電熱老化平臺。并根據(jù)環(huán)氧樹脂內(nèi)部局部溫度最高點(diǎn)的仿真結(jié)果,設(shè)定老化溫度,對比這兩種工況下的環(huán)氧樹脂的介電特性的變化差異,分析其老化機(jī)理及壽命的差異性。為了定量的研究飽和電抗器在實(shí)際運(yùn)行的脈沖電場下的老化特性,采用雙弛豫Cole-Cole模型對脈沖電場作用下的電熱老化介電頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,得到了環(huán)氧樹脂不同老化狀態(tài)下的特征參量與老化時(shí)間的關(guān)系,為揭示飽和電抗器內(nèi)部環(huán)氧樹脂老化機(jī)理及老化壽命評估提供了指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM47
【圖文】：

Cvs為換流閥兩端的組件等效電容，Rdc為直流均壓電阻，CRC和 R阻容回路的電容和電阻參數(shù)，系數(shù) NT代表 NT個(gè)晶閘管串聯(lián)后的電阻和電容飽和電抗器在每個(gè)工頻周期會經(jīng)歷開通暫態(tài)、關(guān)斷暫態(tài)和斷態(tài)振蕩三個(gè)過程個(gè)暫態(tài)過程飽和電抗器鐵芯都有一個(gè)非飽和狀態(tài)與飽和狀態(tài)之間的過渡過程會在飽和電抗器兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)短暫的脈沖鐵芯損耗和脈場。因此，飽和電抗器的環(huán)氧樹脂絕緣會長期處在周期性的脈沖電熱應(yīng)力聯(lián)用的環(huán)境下，進(jìn)而可能會出現(xiàn)局部絕緣失效的情況，影響整個(gè)飽和電抗器的壽命，成為直流輸電系統(tǒng)的重大安全隱患。目前，國內(nèi)外對飽和電抗器環(huán)氧在這種周期脈沖電熱應(yīng)力作用下的絕緣失效機(jī)理和壽命評估并不了解。為了研究環(huán)氧樹脂薄弱環(huán)節(jié)的電熱聯(lián)合老化失效機(jī)理，首先需要確定其電境參數(shù)。其中，環(huán)氧樹脂內(nèi)部的溫度分布是研究的難點(diǎn)問題。引起環(huán)氧樹脂升高的發(fā)熱源來自鐵芯損耗和繞組銅耗，由于大部分銅耗被繞組內(nèi)部的冷卻走，繞組溫度并不高，因此環(huán)氧樹脂主要的熱源是來自鐵芯損耗。由于飽和器內(nèi)部的溫度是無法測量的，因此只能通過理論計(jì)算和仿真獲得。

也只能用在線紅外測溫裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測[8]。閘管開通模型、關(guān)斷模型和飽和電抗器的暫態(tài)模型均具有計(jì)算機(jī)仿真方法仿真得到全周期的鐵芯損耗瞬時(shí)功率。]提出了用鐵芯的磁滯回線來計(jì)算鐵芯損耗的方法，由于很器鐵芯的磁滯回線，這種方法并不合適。此外，這種方法關(guān)斷狀態(tài)下因阻尼電容充放電電流引起的脈沖鐵芯損耗。和電抗器的散熱設(shè)計(jì)主要采用水冷散熱，準(zhǔn)確計(jì)算飽和電的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[6]已經(jīng)完成了對飽和電抗器全周期的平均損器的散熱能力。但這種方法忽略了內(nèi)部損耗分布不均導(dǎo)致，進(jìn)而可能引起局部絕緣熱失效的問題。能電網(wǎng)研究院的紀(jì)鋒等人用非線性電阻和受控電流源并聯(lián)電抗器在正常工況下的鐵芯損耗，如圖 1.4 所示，結(jié)合錦A 高壓直流輸電工程的整流側(cè)電路模型，仿真得到了整流全周期的鐵芯損耗功率波形，與現(xiàn)場實(shí)測功率一致。

國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院通過研制±1100kV/5000A 特高壓直流換流閥，建立了整流側(cè) 12 脈動(dòng)換流閥的仿真模型，得到了整流側(cè)的換流閥在滿負(fù)荷工況下流過飽和電抗器的典型全周期電流波形如圖2.1 所示[26]，類似于一個(gè)占空比為1/3的梯形波。整個(gè)周期可以分為開通、關(guān)斷和斷態(tài)三個(gè)階段，各個(gè)階段的電流波形分別如圖2.2、2.3、2.4。由于本文的研究是以此換流閥用的飽和電抗器為研究對象，因此可以把圖 2.1 的電流作為后續(xù)仿真的激勵(lì)波形。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2750761