直流分压器暂态温升分析与结论

作者： 国自电气 时间：2024-06-28 09:22:57 阅读：19

直流分压器内部的主要传热过程，使用分压器测量直流电压时，上、下金属法兰和分压电阻将流过直流电流，使电功率转化为热功率。分压电阻上产生的热能通过对流换热使靠近的流体绝缘介质温度升高，因热膨胀而密度减小，形成非等温流动，进而通过热对流和热传导的方式将分压器内部分压电阻产生的热能传递到上、下金属法兰和绝缘套管处。上、下金属法兰和绝缘套管通过热传导进行热能的传递，最终通过与外界环境的热交换将分压器产生的热能释放到环境当中。

本文分析了实验室用流体绝缘介质直流分压器的传热过程，并由此构建了计算其暂态温升的数学模型，该模型同时考虑了分压器升温过程中涉及到的电场、流场和温度场，以及它们之间的联系，同时给出了求解暂态温升的计算步骤。针对某500kV实验室用油绝缘直流分压器，利用文中构建的数学模型，对其暂态温升过程进行了计算分析，获得如下结论：

1)由于变压器油的非等温流动，直流分压器下端的热能将被带到上端，导致上端温度高于下端。针对文中所研究的套管内径 375mm的分压器，在环境温度 35 ℃，额定工况下工作 2h后，最高温度为69.5 ℃，位于距离上法兰220mm的分压电阻上，分压电阻上最大温差为 32.3 ℃。纵向温度差将导致测量误差，建议通过分段隔热等措施，减少流体绝缘介质从下端传递到上端的热能。

2)分压器需要较长时间才能达到稳态温度分布，在针对工作时长较短的分压器进行分析时，应以暂态温升为主。针对文中所研究的套管内径375mm的分压器，在额定工况下，最高温度点的温度随时间的变化，推测该直流分压器所能达到的最高温度为 70.64 ℃，最高温

度点达到总温升 99%所需时间为187.26 min。随着直流分压器温升的增加，分压电阻的纵向温差增大，温度对测量误差的影响也将随之增大，因此在分压器分压臂电阻选型时应选用电阻温度系数较低的电阻，电阻温度系数一般应不大于5×10-6 ℃-1。

3)过小的绝缘套管内径使变压器油的非等温流动集中在相邻分压电阻间隔内，会导致分压器最大温升、分压电阻上最大温差、热时间常数增大。在文中计算条件下，相比于套管内径375mm的直流分压器，套管内径200mm的分压器在额定工况下工作2h后，最高温度升高 22.7 ℃，最大温差增大17.3 ℃，热时间常数增大 29.02 min。分压器绝缘套管半径的确定，应综合考虑温升和成本的要求，半径越大，成本越高，温升越低；

4)额定电压工况下，分压器前期的升温速率较快，为减小直流分压器纵向温度分布造成的测量误差，在实验过程中应尽量缩短直流分压器连续使用时间，具体限值应根据测量精度的要求进行控制，如校准分压器在额定工况下的持续使用时间应控制在10min以内，在此期间直流分压器纵向温度分布差异较小。

5)分压器的自然冷却过程较缓慢。针对文中所研究的套管内径 200 mm 的分压器，在环境温度35 ℃，额定工况下工作 2 h 后，建议自然冷却至少11 h，实验员才能靠近。为加快冷却过程，建议增大分压器散热面积，或加快空气流动，以缩短冷却时间。