科技成果-特高压换流变压器绝缘材料特性与绝缘可靠性评价技术

科技成果一一特高压换流变压器绝缘材料特性

与绝缘可靠性评价技术成果简介特高压换流变压器的作用是向换流站提供交流功率或从换流站接收交流功率，并且将网侧的电压变换成阀侧所需的电压，反之亦然。由于特高压直流输电的特殊性及运行条件的复杂性，换流变压器从结构设计、绝缘材料特性、运行特性等方面与普通电力变压器相比有很大差异。这主要表现在绝缘材料尤其是固体绝缘材料性能参数的实验研究较少导致绝缘材料特性不明确、特高压换流变压器的电气特性探索处于起步阶段、换流变压器绝缘系统的可靠性评价判据及相关试验方法不完善等。然而，我国的特高压直流输电工程正处于规划建设和快速发展阶段，尚缺乏±800kV特高压直流输电长期运行的经验。因此，有必要结合特高压直流输电的特征，开展换流变压器绝缘材料性能的实验研究，并以此为基础，评价交直流复合电场下换流变压器的绝缘可靠性，开发特高压换流变压器绝缘材料特性与绝缘可靠性评价的软件包，为提高特高压换流变压器的绝缘性能和延长其使用寿命提供客观丰富的实验依据和理论支持。为适应我国电力行业特高压输电极其良好的发展机遇和市场需求，电工所正在开展“特高压换流变压器绝缘材料特性与绝缘可靠性评价软件包”的基础实验研究与软件包开发。针对绝缘材料特性的基础性试验匮乏和交、直流独立评价绝缘可靠性的缺陷，从实验研究入手，研究绝缘材料的电导率、介电系数、介质损耗等特性及绝缘系统的电气性能，并建立特高压换流变压器绝缘系统可靠性评价的统一判据。在此基础上，开发特高压换流变压器绝缘材料特性与绝缘可靠性评价软件包，该软件包的具体技术特点如下：1、 具备特高压换流变主要绝缘材料随温度、湿度、电场强度等变化的典型参数库；2、 提供特高压换流变压器主要绝缘材料电导率、介电系数、介质损耗等性能参数的函数表达式，如绝缘油、油浸纸、纸板等，分析主要绝缘材料的特性规律；3、 提供多维场下特高压换流变压器绝缘系统电气性能的函数表达式，如交流、直流、交直流复合电场、极性反转、谐波等，分析其电气性能；4、 提供交、直流复合电场下绝缘系统可靠性评价的统一判据及许用值，输入工厂试验或经验值，可自动判断绝缘系统的绝缘强度、绝缘可靠性等；5、 可自定义绝缘材料的参数库，自定义绝缘材料参数性能、电气性能的模型等，进行绝缘材料特性的计算与分析；6、 封装绝缘参数性能各数据的参数选择、统计分析和机器学习等算法，可实现绝缘材料特征量的筛选提取、与绝缘性能的关联分析、数据处理与分析等功能。应用范围本项目适用于特高压换流变压器制造厂商、实验研究部门、电网运行公司等对超高压、特高压换流变压器的绝缘结构设计、出厂和现场试验等场合。项目所处阶段项目正处于特高压换流变压器绝缘材料特性的基础实验研究和规律总结，以及组合绝缘系统电气性能的实验研究阶段。市场前景已有研究表明特高压直流输电相比交流在远距离输电上更具技术与经济优势，运行风险较低，争议较少。目前世界上首个电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远的直流输电工程一一向家坝-上海±800千伏特高压直流输电示范工程已经成功投入运行。该输电线路全长1907公里，最大连续输送功率720万千瓦，约占上海高峰负荷的1/3。为了应对清洁能源和可再生能源发展对电网提出的新要求，国家电网公司表示，“十二五”期间将投资超过5000亿元建成“三纵三横”特高压交流骨干网架和11项特高压直流输电工程，投资额相当于2个三峡工程。“十二五”期间，特高压直流工程将配合西南水电、西北华北煤电和风电基地开发，建设锦屏江苏等11回特高压直流输电线路，同时建成青藏直流联网工程，满足西藏供电，实现西藏电网与西北主网联网。由此可见，特高压将成“十二五”电网建设重中之重。特别是在“十二五”期间，我国准备自主研发并攻克±1100kV特高压直流输电系统的关键技术和关键设备。而与此对应的特高压换流变压器的绝缘材料性能、绝缘可靠性评价、绝缘故障形成机制等方面的基础研究还有待完善，需要通过机理研究和大量实验总结出系统可循