閥側繞組

閥側繞組是指整流變壓器的副邊繞組。是直流輸電系統中至關重要的設備，也是交、直流輸電系統聯接兩端換流站和逆變站的核心設備，特高壓換流變壓器內部絕緣一般仍採用油、紙複合絕緣結構，在正常運行時，油、紙複合絕緣中的電場為交、直流混合電場，電場分布的複雜性對絕緣強度提出了更高的要求。

基本介紹

• 中文名：閥側繞組
• 外文名：Valve side winding
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 範圍：電力系統
• 釋義：整流變壓器的副邊繞組

簡介

我國經濟的快速發展使得對電力的需求也急劇上升，因此國家制定了西電東送、南北互供、全國聯網的電力發展戰略。高壓直流輸電具有線路造價低、線路損耗小、系統穩定性強、運行可靠、適用於遠距離大容量電力輸送以及容易實現非同步電網間互聯等諸多優點，因此在我國得到了迅速的發展。而換流變壓器作為直流輸電的關鍵設備，其運行可靠性對系統穩定運行至關重要。相對於交流輸電所用的電力變壓器，換流變壓器不僅絕緣結構複雜，而且承受直流電壓和極性反轉電壓的作用。在直流電壓和極性反轉電壓作用下的換流變壓器內部電場分布規律明顯不同於傳統的交流電力變壓器。因此，無論是對於高壓直流輸電快速發展的趨勢方面還是對於其本身絕緣結構的複雜性和工作狀況的特殊性方面，都值得進一步地研究和探討。

閥側繞組長時直流耐壓試驗

油紙絕緣結構在直流電壓作用下的電場特性與在交流電壓作用下相比有很大差異。在頻率較高的交流電壓作用下，介質中的漏電流遠遠小於正、負極板間的極化電流，可以忽略，這時的電場呈容性分布，絕緣結構內部各處的電壓分布是由介電常數所決定的，且與介電常數成反比，因此油中承擔較大場強。而在直流穩態電壓作用下，由於離子的運動，在油和紙板絕緣系統中流動的極小的漏電流會使油和絕緣紙的交界面上積累大量空間感應電荷，形成空間感應電荷場，這時的電場呈阻性分布，而絕緣結構內部各處的電壓分布取決於絕緣材料的電阻率，且與電阻率成正比，因此絕緣紙承擔大部分電壓。在極性反轉電壓的作用下，發生極性反轉時的電場是由界面空間電荷產生的感應電場和由反轉瞬間外加電壓產生的容性電場共同作用的電場，這種共同作用的結果在油中相互加強，而在絕緣紙中相互削弱，且基於容性分布原則，在反轉的瞬間，油中承擔了大部分的外加電壓。

對於長時直流耐壓試驗，考慮了影響其趨於穩態所需時間的因素。對於極性反轉電場，分析了材料特性及極性反轉時間對其影響。最後，重點分析了考慮絕緣紙板層壓工藝的各向同性極性反轉電場和正交各向異性極性反轉電場。通過上面的對比分析，得出了以下結論，對於工程實踐具有意義。

1）長時直流耐壓試驗時，電場趨於穩態所需的時間不僅與絕緣材料的特性有關，而且與絕緣結構的複雜程度有關。絕緣材料電阻率的絕對值每下降10倍，趨於穩態所需的時間就減小10倍。絕緣結構越複雜，趨於穩態的時間就越長。而且絕緣紙板中的場強先於變壓器油趨於穩態。

2）當變壓器油和絕緣紙板電阻率比值保持不變，減小電阻率絕對值時，變壓器油中的最大場強降低且均出現在極性反轉結束的時刻。而絕緣紙板中的場強並沒有明顯的變化。

3）對於極性反轉試驗，當極性反轉的反轉時間增大時，變壓器油中的最大場強逐漸減小，而絕緣紙板中的場強保持不變。

4）在極性反轉試驗中，變壓器油和絕緣紙板各自的最大場強出現的時刻不同。而且不同時間步的變壓器油及絕緣紙板的最大場強可能出現在不同的區域。

5）在極性反轉試驗中，當考慮絕緣紙板的正交各向異性時，不論是變壓器油還是絕緣紙板，其最大場強在數值上都較各向同性時有所下降。

換流變壓器閥側繞組電場

換流變壓器是直流輸電系統中至關重要的設備，也是交、直流輸電系統聯接兩端換流站和逆變站的核心設備，特高壓換流變壓器內部絕緣一般仍採用油、紙複合絕緣結構，在正常運行時，油、紙複合絕緣中的電場為交、直流混合電場，電場分布的複雜性對絕緣強度提出了更高的要求。

此外，由於油紙絕緣電導率的差異，在直流電場作用下固體絕緣表面更易積聚起空間電荷，空間電荷的存在會嚴重畸變變壓器內的電場分布，並且當電壓發生突變時（如極性反轉），突變電壓與空間電荷的電場相疊加，更易引起變壓器內部絕緣的放電或擊穿。實踐證明，許多換流變壓器絕緣故障均是在試驗或運行中極性反轉時發生的。

電場分布有限元分析

為了進一步研究換流變壓器閥側繞組電場，還需建立與實體相近的模型並進行電場仿真計算。由於變壓器絕緣故障多發於線圈端部附近，因此只建立了整個變壓器絕緣的局部模型。

1.電場

隨著電阻率之比的遞增，油中所承擔的電壓越來越少而紙和紙板中的卻越來越多，所以在直流電場作用下電位呈阻性分布，即材料承擔電壓多少與其電阻率成正比。

2.電場

隨著介電常數之比的遞增，油中所承擔的電壓隨之遞增，故交流電場作用下電位呈容性分布，即材料承擔的電壓與其介電常數的倒數成正比。

3.疊加直流電場

在交直流疊加電場作用下的電位分布的均勻程度介於交流和直流單獨作用時的情況之間，電阻率比值增大的過程中，紙和紙板中的電壓有增大的趨勢，但這種趨勢沒有直流電場單獨作用時明顯，由此可知，在交直流疊加電場作用下，電位分布既受材料電阻影響也受其電容影響。

4.反轉電壓下的電場

反轉瞬間介質內的電位分布呈鋸齒狀，紙中仍承受著少量的正極性電壓，而油中已承受負極性電壓，此時油隙兩端的電位差最大。由於空間電荷的作用，在從油到紙的界面上的電壓比周圍的高，而在從紙到油的界面上的則比周圍的低，這也說明了在油隙中空間電荷感應電場與外施電場相互加強，在油浸紙中則相互抵消。隨著場強逐漸從油向紙中轉移，在反轉過程中的某一時刻會出現紙中電壓為零，此時電壓完全由油承擔。當時間趨於無窮大時，電位分布也趨於阻性分布，電阻率大的紙中承擔了絕大部分電壓。

總結

1）在直流穩態電壓作用下，絕緣材料的電場服從阻性分布且與其電阻率成正比，最高場強往往出現在紙或紙板中；在工頻交流電壓作用下，絕緣材料的電場服從容性分布且與其介電常數成反比，最高場強往往出現在變壓器油中；而在交、直流疊加電壓的作用下，絕緣材料的電場分布相對均勻，其等位線分布疏密介於交流和直流單獨作用時的情況之間。

2）在反轉瞬間，由於空間電荷的作用，在油隙中空間電荷感應電場與外施電場相互加強，在油浸紙中則相互抵消，這就使得油隙兩端的電位差達到最大。所以反轉瞬間是油隙最易擊穿的時刻，設計中應加以重視。

3）在反轉過程中會出現紙中電壓為零的時刻，此時電壓完全由油承擔。當時間趨於無窮大時，電位分布也趨於阻性分布，電阻率大的紙中承擔了絕大部分電壓。