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特高压变压器在我国特高压电网中发挥着极其重要的作用,其绝缘水平高,设计制造难度大。特高压变压器绝缘中,油的耐电强度起着关键作用,而油中含有的各种杂质是造成主绝缘耐电强度降低的主要原因。国产特高压出线装置等绝缘部件的制造工艺和材料质量都与国外进口产品有所差别,在自主化设计和绝缘裕度控制中必须考虑其影响,而纤维杂质对油隙放电特性的影响以及特高压变压器主绝缘裕度校核方法等未见系统报导。本文采用理论分析、仿真计算和试验测试相结合的方法进行课题的研究。首先,试验研究了纤维杂质对变压器油放电特性的影响,并提出了纤维杂质含量对油隙放电绝缘裕度的校正公式;其次,通过仿真模拟研究了纤维杂质在油中的运动规律,并分析了影响其运动轨迹的因素;然后,通过数值计算仿真分析了1000kV特高压变压器主绝缘关键区域的电场,以及通过模拟绝缘试验对比研究了第一油隙结构的绝缘裕度和应用魏德曼方法的计算值,并提出了设计建议;最后,对国产1000kV特高压出线装置的绝缘裕度进行了分析及试验研究。主要工作内容如下:(1)介绍了变压器油中杂质的来源和种类,利用光散射法对运行中特高压变压器油中直径为5μm以上的杂质数量及分布进行了测量,揭示了油中杂质的分布规律并给出了描述油中杂质大小和数量关系公式的参数。(2)建立了工频油隙放电特性试验系统,通过加入微米级的微晶纤维素粉末研究平行板电极、球盖形电极、针-板电极以及柱-板电极间变压器油的局部放电起始电压,探索了纤维杂质含量对变压器油放电特性的影响,提出了变压器油局部放电起始电压的校正公式。(3)通过分析微粒在非均匀电场下的极化作用计算了纤维杂质在流体介质中受到的介电泳力,并结合微粒在流体介质中的多物理场耦合受力分析推导了变压器油中纤维杂质的运动方程,在此基础上建立了变压器油中杂质的运动模型,通过多物理场直接耦合仿真软件“COMSOL-Multiphysics”模拟了杂质在油中的轨迹和聚集过程,得出了杂质的大小和位置对运动轨迹的影响规律,并解释了纤维杂质含量对变压器油放电特性影响的试验结果。(4)通过有限元数值计算方法,分析了高压线圈到中压线圈的中部区域、高压线圈到中压线圈的上端部区域、高压线圈到油箱、旁轭的中部区域以及高压、中压引出线与套管连接处等1OOOkV特高压自耦变压器主绝缘关键区域的电场,通过模型试验测得第一油隙结构的真实绝缘裕度,并与魏德曼平均场强校核方法所得绝缘裕度进行了对比,对国产特高压变压器主绝缘以及国产特高压出线装置绝缘设计内控值提出了相关建议。(5)介绍了国产1OOOkV特高压变压器出线装置结构,利用二维和三维电场计算软件获得了不同部位的电场分布,分析了试验工况下出线装置绝缘结构关键区域第一油隙的局部放电起始场强和绝缘裕度,并与国外同型号产品的绝缘裕度进行了对比。(6)对国产特高压交流变压器出线装置的绝缘裕度进行了试验研究,设计并制造出特高压出线装置绝缘裕度试验系统。制定了考核出线装置绝缘裕度的试验方案,根据油隙放电的V-t特性,确定了特高压出线装置的长时间工频电压绝缘特性考核指标。分析了局部放电测量回路,进行了局部放电试验,并根据电信号-超声信号联合故障定位结果改进了尾端均压球。经过改进后的试验系统顺利完成了各项绝缘试验,可以满足检验特高压出线装置绝缘性能,验证国产特高压出线装置长时运行可靠性的要求。