换流变压器谐波磁场、流体场-温度场和瞬态电场耦合问题研究

The research on transient electric field under AC-DC voltage and PR (Polarity Reversal) voltage has great significance to converter transformer’s design, manufacture and safety operation of the DC system. The transient electric field under external applied voltage is decided by the conductivity and the permittivity of the insulation oil and oil-immersed paper. The conductivity, displaying nonlinear property, is influenced by temperature, electric field and pressure etc and is seriously influenced by temperature. So it is necessary to study the the harmonic magnetic field and losses and the influence of the inhomogenous temperature distribution of the insulation materials under different operating conditions (rated operating, no load operation and overload operation in short time) on the transient electric field distributions. The main research contents are follows:.1.Study the magnetic characteristics of core under harmonic excitatin at different temperatures;.2.Study the characteristics of conductivity for the oil and oil-immersed paper at different temperatures;.3.According to the different meshes of multiphysic problems, study a fast high-precision algorithm for data mapping , which will lay a foundation for the coupled-field analysis..4.Study the distributions of harmonic field, fluid-temperature field and transient electric fields for considering the nonuniform temperature distribution, which results provide the basis for the insulation design.

换流变压器交直流复合和极性反转瞬态电场的研究对换流变压器制造、维护及直流系统正常运行具有重大意义。瞬态电场分布受油纸电导率和介电常数共同作用，而油纸电导率受温度、电场强度、压力等因素的影响，呈现非线性特征，尤其是电导率受温度影响显著。因此有必要研究换流变压器在不同工况(额定、空载和短时过负荷)运行条件下的谐波磁场和损耗分布以及绝缘媒质温度分布不均匀性对瞬态电场分布的影响，课题主要研究内容如下：.1. 研究铁心在不同温度下谐波激励时的损耗特性和磁化特性；.2. 研究油纸绝缘材料在不同温度下的电导率变化特性；.3. 研究多物理场耦合仿真时节点数据的高精度快速映射算法；.4. 研究换流变压器在不同运行工况下的谐波磁场、流体场-温度场和瞬态电场，为绝缘设计提供指导。

项目按照研究计划和研究内容进行，基本完成了预期目标，部分工作仍在完善中。采用实验、理论分析和数值建模相结合的方法，已开展的工作和取得的成果有：.(1)搭建铁磁材料特性测试平台，测量了铁心在不同温度下的正弦激励时磁化和损耗特性测试，为磁、热耦合仿真提供了数据支持；.(2)搭建了油纸电导率测试平台，测量了变压器油和绝缘纸板在不同温度下的电阻率测试，为复合和极性反转电场分析提供了数据支持；.(3)测量了绝缘油在不同温度下的运动粘度测试及指数拟合，为流体-温度场的仿真奠定了基础；.(4)编程实现了快速映射法、径向基函数法及其混合方法，为磁场和流体场-温度场和温度场-电场之间的间接耦合仿真奠定了基础；.(5)编程实现了电磁场和基于迎风格式的流体场-温度场计算程序，对比分析了热源分布均匀和不均匀条件下绕组和铁心的温升情况；.(6)建立了包含绝缘纸板结构的流体-温度场仿真模型，并基于快速映射方法，将流体-温度场的温度结果映射到电场计算模型，为分析温度分布不均匀条件下的复合和极性反转电场奠定了基础；.(7)对比分析了假设温度分布均匀和温度分布均匀条件下的±500kV换流变压器交直流复合电场和极性反转电场，为换流变压器的绝缘设计和故障分析提供指导。