温度对阻容分压器测量性能的影响分析

作者： 国自电气 时间：2024-12-04 09:56:50 阅读：33

   阻容分压器 的分压器高压臂为密闭式结构，高压臂电阻、电容等关键元部件封装于空心绝缘子内部。绝缘子内部使用电容器油或SF6气体作为绝缘介质。低压臂布置在绝缘子外部的分压器底座内，方便现场调试与更换:根据实测，传统阻容分压器产品一次分压器绝缘子表面温度可达80℃以上，温升超过40℃，意味着其内部电阻/电容元件温升将更大。因此研制过程中必须选用阻/容值精度高、温度系数小的电阻/容元件，以减小温升对 阻容分压器 测量精度的影响。但对阻容元件温度系数提出高要求意味着阻容元件的材料选型、制作工艺、成本等各环节均将受到显著影响，增大了元件选型与产品研制难度，也增加了成本。同时，高温升的问题依然存在，阻容分压器长期处于高温环境中将使其关键元件老化速度加快，运行可靠性降低，使用寿命减少高压臂电阻处于密闭环境中，SF6气体与复合绝缘子的传热特性差，长期运行导致分压器绝缘子内部产生较大温升。多数阻容分压器产品低压臂电阻、电容元件均位于空心绝缘子外，与外界的传热条件好，可以认为低压臂电阻/容元件温度接近环境温度。由于高、低压臂电阻/电容具有较大温差，使得阻容分压器 实际分压比与理想分压比产生偏差。电阻/

电容的温度系数随着环境温度的改变而改变，也因材料不同发生较大偏差，本节分析计算前提如下:

1)认为阻容分压器高、低压臂电阻/电容材料一致，即材料温度系数一致。

2)本文所述温升试验过程中，电阻/电容元件所处温度范围在20~50℃之间。在该温度范围内电阻/电容元件温度系数相对稳定，因此本文假定温度系数保持恒定。

3)以平均温升为输入条件开展误差计算。

4)假定阻容分压器低压臂电阻/电容温度与环境温度一致。

不同温度系数及平均温升条件下阻容分压器的温升附加误差计算结果见图.

通过对图示温升与附加误差关系曲线进行分析可知，电阻、电容元件的材料温度系数与温升对 阻容分压器 的测量准确度带来显著影响。高压臂电阻/电容温升越大或材料温度系数越大，实际阻/容值与额定设计值偏差越大，进而使阻容分压器测量误差越大。

在Fluent仿真环境下建立200kV高精度阻容分压器热仿真模型，环境温度取值20℃，空气对流传热系数取 20W/(m℃)。计算不同热损耗条件下高精度阻容分压器 达到热平衡后高压臂电阻、电容与法兰的平均温升,计算结果见表3、表4.200kV 高精度 阻容分压器电阻热电流为1mA时，顶部法兰、电阻与电容元件相对于环境温度的平均温升分别为5.4、25.3和14.5℃。电阻热电流为2mA时，顶部法兰、电阻与电容元件相对于环境温度的平均温升分别为10.2、38.9和 18.6℃。

结合图示温升与附加误差关系曲线可得，取电阻元件温度系数15ppm/℃，平均温升25.3和38.9℃时，电阻温升附加误差计算值约为0.04%和 0.06%。同样，取电容元件200ppm/℃，平均温升14.5和18.6℃时，电容温升附加误差计算值约为0.3%和 0.4%。

上述对比说明:

1)降低温升可有效减小电阻、电容元件温升附加误差。

2)降低温升后，可以放宽阻容元件的选型要求，阻容元件的阻/容值精度与温度系数等参数选取范围更宽，有效降低元件制造难度及成本，提高技术经济性。

3)降低温升可延长阻容元件使用寿命，保证阻容分压器 全寿命周期的运行可靠性。因此，高精度 阻容分压器 的设计思路应着眼于降低阻容分压器内部温升，具体措施包括:

1)主要措施为优化主电气参数设计，减小阻容分压器 热功率，从根本上减少阻容分压器内部发热。

2)辅助措施为改善 阻容分压器 整体散热设计，加强内部绝缘介质的对流，提高内外热交换速度。