Suzhou Electric Appliance Research Institute
期刊號： CN32-1800/TM| ISSN1007-3175

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單層油紙絕緣結(jié)構(gòu)合成電場數(shù)值計算

來源：電工電氣發(fā)布時間：2022-09-26 15:26 瀏覽次數(shù)：393

單層油紙絕緣結(jié)構(gòu)合成電場數(shù)值計算

田雨，馬思思，夏東，周斌，沈衛(wèi)剛
(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215008)
 
    摘 要：直流電壓下?lián)Q流變壓器閥側(cè)油紙絕緣介質(zhì)中存在空間電荷的積聚，對其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電場分布造成影響?？紤]了異極性空間電荷間的復(fù)合以及入陷、脫陷效應(yīng)，采用有限元法求解泊松方程和電流連續(xù)性方程，基于多物理場耦合迭代的思想實現(xiàn)了單層油紙絕緣介質(zhì)中空間電荷運動特性及瞬態(tài)電場分布的動態(tài)仿真?？紤]系統(tǒng)潮流反轉(zhuǎn)的情況，模擬了電壓極性反轉(zhuǎn)條件下油紙絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部合成電場的變化過程，計算結(jié)果表明：極性反轉(zhuǎn)瞬間，油紙絕緣介質(zhì)中空間電荷造成的附加影響使得極板處電場強度急劇增高，電場畸變率高達56.3%，嚴重危及介質(zhì)絕緣性能，研究內(nèi)容為換流變壓器內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)。
    關(guān)鍵詞： 合成電場；油紙絕緣；有限元法；空間電荷；電場畸變
    中圖分類號：TM403.3     文獻標識碼：A     文章編號：1007-3175(2022)09-0018-07
 
Numerical Calculation of Synthetic Electric Field in Single-Layer
Oil Paper Insulation Structure
 
TIAN Yu, MA Si-si, XIA Dong, ZHOU Bin, SHEN Wei-gang
（Suzhou Power Supply Company, State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd, Suzhou 215008, China）
 
    Abstract: The accumulation of space charges in the oil paper insulation medium on the valve side of the converter transformer under DC voltage affects the electric field distribution inside the structure.This paper considered the recombination of space charges of different polarities and the effects of trapping and de-trapping, used the finite element method to solve the poisson equation and the current continuity equation,and realized the dynamic simulation of space charge motion characteristics and transient electric field distribution in a single-layer oil paper insulation medium based on the coupling of multi-physical field iteration idea. Moreover, it reflected the power flow reversal of the system. In addition, it simulated the change process of the synthetic electric field inside the oil paper insulation structure under the voltage polarity reversal.The result calculation showed that the electric field intensity at the plate increased sharply and the electric field distortion rate was up to 56.3% because of the additional influence space charge in the oil paper insulation.The effect jeopardized the dielectric insulation performance.The research provides a reference for the optimization design of the internal insulation structure of the converter transformer.
    Key words: synthetic electric field; oil paper insulation; finite element method; space charge; electric field distortion
 
參考文獻
[1] 陳慶國，侯帥，池明赫，等. 換流變壓器出線裝置電場分布與絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J] . 高電壓技術(shù)，2013，39(12)：2859-2868.
[2] 裴旵，呂思穎，秦昕，等. 特高壓直流輸電系統(tǒng)換流站故障過電壓研究[J] . 電力系統(tǒng)保護與控制，2016，44(12)：149-154.
[3] 陳馳，李佳興，王闖，等. 基于新型測量設(shè)備和恢復(fù)算法的直流電場下同軸電纜空間電荷研究[J] .廣東電力，2019，32(12)：113-120.
[4] 周遠翔，田冀煥，王云杉，等. 變壓器油紙絕緣系統(tǒng)中的空間電荷現(xiàn)象[J] . 高電壓技術(shù)，2011，37(3)：520-527.
[5] TAKAHASHI E, SHIRASAKA Y, OKUYAMA K.Analysis of anisotropic nonlinear electric field with a discussion of dielectric tests for converter transformer and smoothing reactors[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1994，9(3) ：1480-1486.
[6] WIDLUND Ola, LANERYD Tor.Numerical analysis of electric fields in composite oil/cellulose insulation[C]//2010 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectic Phenomena，2010.
[7] 文闿成. 復(fù)合介質(zhì)γ、ε中暫態(tài)電場的數(shù)值解[J] .高電壓技術(shù)，1989，15(4)：2-7.
[8] WEN K C, ZHOU Y B, FU J, et al.A calculation method and some features of transient field under polarity reversal voltage in HVDC insulation[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1993，8(1)：223-230.
[9] 李季，羅隆福，許加柱，等. 高壓直流換流變壓器閥側(cè)非線性電場的求解[J] . 高電壓技術(shù)，2007，33(3)：125-127.
[10] 李琳，紀鋒，李文平，等. 換流變壓器極性反轉(zhuǎn)試驗的數(shù)值模擬[J] . 中國電機工程學(xué)報，2011，31(18)：107-112.
[11] TAKUMA T, IKEDA T, KAWAMOTO T.Calculation of ion flow fields of HVDC transmission lines by the finite element method[J].IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1981，PAS-100(12) ：4802-4810.
[12] TAKUMA T , KAWAMOTO T . A very stable calculation method for ion flow field of HVDC transmission lines[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1987，2(1)：189-198.
[13] 汪沨，范競敏，李敏，等. 高精度上流有限元法在特高壓直流輸電線路離子流場計算中的應(yīng)用[J] .高電壓技術(shù)，2016，42(4)：1061-1067.
[14] 黃國棟，阮江軍，杜志葉，等. 改進三維上流元法計算特高壓直流線路離子流場[J] . 中國電機工程學(xué)報，2013，33(33)：152-159.
[15] 黃國棟. 高壓直流絕緣介質(zhì)空間電荷運動分布仿真研究[D]. 武漢：武漢大學(xué)，2014.
[16] 楊知非， 廖一帆， 杜志葉，等. 油-紙絕緣內(nèi)部空間電荷的運動規(guī)律[J] . 高電壓技術(shù)，2018，44(6)：1828-1835.
[17] 周力任，吳廣寧，羅楊. 絕緣介質(zhì)中載流子注入與傳導(dǎo)的機理[J] . 材料科學(xué)與工程學(xué)報，2010，28(1)：102-105.
[18] 廖瑞金，周天春，CHEN George，等. 聚合物材料空間電荷陷阱模型及參數(shù)[J] . 物理學(xué)報，2012，61(1)：446-451.
[19] ROY S L , SEGUR P , TRYSSEDRE G , et al .Description of bipolar charge transport in polyethylene using a fluid model with a constant mobility: Model prediction[J].Journal of Physics D: Applied Physics，2004，37(2) ： 298-305.
[20] BAUDOIN F, ROY S L, TEYSSEDRE G, et al.Bipolar charge transport model with trapping and recombination: An analysis of the current versus applied electric field characteristic in steady state conditions[J].Journal of Physics D: Applied Physics，2008，41(2)：025306.