温度梯度下直流套管内绝缘结构优化设计

作     者：赵轩宇 陈庆国 杨洪达 池明赫 ZHAO Xuanyu;CHEN Qingguo;YANG Hongda;CHI Minghe

作者机构：哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院哈尔滨150000 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2022年第48卷第3期

页      面：928-937页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51877056,51677046) 黑龙江省普通高校基本科研业务专项资金(2018-KYYWF-1626)。 

主　　题：电热耦合 有限元仿真 温度梯度 电场梯度 优化设计 

摘      要：高压直流干式套管由于其运行过程中芯子载流发热,在芯子内外产生较大的温度梯度,致使电场发生翻转现象,使得最外侧极板处场强远大于绝缘结构设计场强。为此,以±800 kV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,利用多物理场耦合软件对温度场电场分布进行求解,并通过对仿真结果的分析,提出电容芯子的优化设计方案,通过降低最外层极板处的绝缘结构设计场强,降低温度梯度下最外层极板处的电场强度。研究发现:圆锥模型中极板长度随径向尺寸的减小,会导致温度梯度下电场翻转程度在径向尺寸上的逐渐增大,电场梯度在径向尺寸上呈现线性增大趋势;随着温度梯度增大,电场梯度在径向尺寸各处均有一定程度的增大,且增大程度相近,表现为电场梯度分布曲线整体向上平移;通过调整电容芯子设计中的最外层极板与最内层极板半径的比值ξ_(r)和极板长度的反比值ξ_(l),适当增大ξ_(r)/ξ_(l),可以降低空载时最外层极板处电场强度,从而降低温度梯度下出现在最外层极板处的最大场强;当ξ_(r)和ξ_(l)分别为4.8和3.6时,电容芯子体积最小,5 kA载流量时的最大电场为4.58 kV/mm。