Modeling and Design of Insulation Structure for High Power Density Medium Voltage High-Frequency Transformers

电气工程 变压器 高压 配电变压器 电压 节能变压器 绝缘系统 材料科学 局部放电 隔离变压器 工程类
作者
Rui Lu,Chushan Li,Jianxiong Yu,Chengmin Li,Wuhua Li,Xiangning He
出处
期刊:IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:11 (6): 6005-6015 被引量:3
标识
DOI:10.1109/jestpe.2023.3304339
摘要

Medium voltage high-frequency transformer (MVHFT), the key component in a MV solid-state transformer (MVSST), requires high reliability on its insulation parts. With the increase of power density, the insulation design of the MVHFT becomes a big challenge. The transformer needs to ensure both high breakdown (BD) strength for short-term fault tolerance and low partial discharge (PD) for long-term reliable operation. Therefore, beginning with the electric stress analysis and the anti-corona consideration, a mass-manufacturable insulation structure is proposed in this article. In the structure, an improved multishielding structure with an optimized shield potential design is used to reshape the electric field (E-field) distribution for higher BD strength and lower PD. And an end-winding stress grading (SG) method is proposed and modeled for both the structure and the material used. Finally, with the proposed insulation structure, a 100 kW PD free transformer prototype with 75 kV base insulation level (BIL) is built. It passed all insulation tests. Also, the prototype realizes high power density under a high insulation level, which reaches 11.2 kW/L.
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