复合绝缘套管和电流互感器的多物理场分布与绝缘老化特性研究

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近年来,采用复合绝缘外套的电力设备逐步在电网中得到广泛应用。对于油浸式套管和油浸式电流互感器,其外部绝缘通常是用瓷外套,但瓷外套爆炸、瓷片飞出的故障时有发生,使瓷质绝缘设备存在较大安全隐患。由复合硅橡胶材料构成的复合外套能够有效释放设备内部绝缘故障产生的压力,是降低瓷质外套爆炸风险的有效技术手段。同时,复合绝缘外套已在绝缘子和绝缘支柱上进行了大量的应用,具备替换瓷外套的技术可行性。因此,研究复合绝缘油浸式套管和电流互感器的多物理场分布与复合绝缘外套的耐老化特性是进一步理解复合绝缘油浸式套管、电流互感器的运行状态和绝缘老化过程,增强复合绝缘套管、电流互感器可靠性的基础和关键技术。本文首先以复合绝缘油浸式套管和电流互感器为对象,基于套管和互感器的实际尺寸结构建立了其有限元仿真分析模型开展了多物理场有限元计算,研究了套管和电流互感器在稳定运行时电场、磁场、温度场分布特性,确定了运行过程中套管和电流互感器各导体中分布的感应电流与其产生的损耗大小,套管和电流互感器内部及表面最大电场的大小和位置,套管和电流互感器各部分的温度大小。其次,针对复合外绝缘材料老化情况严重的问题,以套管和电流互感器使用的复合绝缘材料为研究对象,通过在实验室中开展热应力加速老化实验,研究了高温硫化硅橡胶热老化后的性能变化,重点是硅橡胶表面的憎水性与污闪特性,并解析其作用机理。同时对比了不同厂家硅橡胶材料的憎水性和闪络特性。利用傅里叶红外光谱对比分析了硅橡胶中常见填料,如氢氧化铝(ATH)、白炭黑(Si O2)与硅橡胶基体聚二甲基硅氧烷分子和普通硅橡胶的光谱特征与化学结构差异。结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)从微观层面对硅橡胶性能变化进行解释与分析,为不同配方硅橡胶的选型提供了理论基础。最后,以复合绝缘套管和电流互感器样机为研究对象,搭建了针对真型样机的紫外老化实验平台,通过对真型样机硅橡胶伞裙的紫外老化,研究了样机HTV硅橡胶伞裙的性能变化,重点是硅橡胶伞裙表面憎水性与绝缘性能如耐压情况与局部放电水平。本文针对复合绝缘设备与油浸式设备在实际运行中的故障,以复合绝缘套管和电流互感为对象,开展了其多物理场分布特性的仿真计算与复合绝缘外套的绝缘老化实验,为特高压等级的复合绝缘套管、电流互感器的制造与可靠运行提供了理论基础。
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