高压高频变压器是大容量DC-DC变换器实现电气隔离和电压变换的关键装备。随着容量和电压等级的提高,高性能金属磁芯和油纸绝缘系统将应用于高压高频变压器以提高功率密度。高压大容量工况下金属磁芯和油箱均需接地以避免悬浮电位产生的局部放电,使得高压高频变压器绕组对地电容效应亟待研究。为了能够在不清楚变压器内部信息的情况下对寄生电容进行分析,提出了一种高压高频变压器寄生电容的实验提取方法。基于变压器的Y参数矩阵,利用直接测量和间接测量获得了一系列不同绕组端子条件下的电容约束方程。通过方程独立性分析,实现了高压高频变压器包括绕组对地电容在内共10个电容参数的有效提取。通过一台20 k Hz高压高频变压器原型机验证了所提方法的有效性。在此基础上分析了不同绕组接地情况下高压高频变压器的电压传输特性,结果表明绕组对地电容会显著影响电压传输特性的谐振频率以及工作频率下的实际电压变比。
为提高特高压直流换流阀塔绝缘可靠性、实现小安全裕度下换流阀绝缘的优化设计,以±1 100 k V直流换流阀作为研究对象,采用Solid Works及ANSYS混合建模技术,建立了换流阀塔的3维模型。对该模型进行单阀绝缘型式试验及多重阀直流耐压试验,得到其电场分布;并针对电场薄弱环节进行局部结构优化。研究结果表明:当选取2 700 k V/m作为换流阀厅内金具表面工作控制电场强度时,单阀绝缘型式试验中的屏蔽罩及横梁均存在电场薄弱环节,有可能产生电晕及放电现象;而多重阀直流耐压试验中不存在电场薄弱环节,不会产生电晕及放电现象。此外,增加横梁拐角、屏蔽罩侧边的倒角值以及在层间绝缘金具处添加均压环可以使得薄弱处电场强度低于控制值。
为研究复合电压下阀内部屏蔽罩电极的起晕电压特性,搭建了用稍不均匀电场电极缩尺模拟阀用屏蔽罩电极,并搭建了复合电压电极电晕放电平台,基于紫外成像技术研究了稍不均匀场中阀用屏蔽罩电极缩尺模型的紫外光子数特性及起晕电压特性,并获得了不同电极尺寸下的起晕电压的变化规律。在此基础上,利用有限元方法对不同交直流配比下,电晕起始电场强度分布进行了仿真。通过分析可以得到:气隙间距在0~10 cm范围内,在固定直流改变交流的复合升压方式下,随着正直流分量的增加,电极所加交流分量会逐渐降低,若认为起晕时交直流分量直接线性叠加得到的电压为起晕电压,则起晕电压值会随正直流分量的增加呈现先增加后降低的趋势,存在一组交流和直流电压配比,使得复合电压作用下电极的起晕电压达到峰值,数值可达65 k V左右。该研究可以为换流阀内电极结构的绝缘优化设计提供参考。
