±400kV換流變壓器閥側(cè)出線裝置直流電場計算

劉克民,韋良斌,張書韜,武目浩,李象軍（山東電力設備有限公司,濟南　250022）

±400kV換流變壓器閥側(cè)出線裝置直流電場計算

劉克民,韋良斌,張書韜,武目浩,李象軍
（山東電力設備有限公司,濟南250022）

本文利用ElecNet仿真分析軟件，對±400kV換流變壓器中兩種不同結(jié)構的閥側(cè)出線裝置的直流電場和極性反轉(zhuǎn)電場進行了仿真計算，并給出了兩種出線裝置電場強度和絕緣裕度的對比分析。

換流變壓器;閥側(cè)出線裝置;直流電場;瞬態(tài)電場;絕緣裕度

1　引言

在特高壓直流輸電線路中，換流變壓器是直流變電站的重大設備之一，而出線裝置的絕緣可靠性是換流變壓器核心技術。山東電力設備有限公司在多年的變壓器絕緣技術研究基礎上，利用電磁場仿真分析軟件，進行了換流變壓器閥側(cè)出線裝置絕緣研究。

2　絕緣水平和試驗電壓

本文中在閥側(cè)出線裝置仿真分析時，電場強度值是基于閥側(cè)套管的出廠試驗電壓計算所得。根據(jù)國家標準和已建變電站中換流變壓器技術協(xié)議要求，確定絕緣水平和試驗電壓主要參數(shù)見表1：

表1　換流變壓器套管絕緣水平（直流試驗）

3　閥側(cè)出線裝置絕緣結(jié)構

閥側(cè)出線裝置需要根據(jù)目前的HSP套管和ABB套管兩種結(jié)構來進行針對性的設計，從而保證引線與套管的絕緣和套管與升高座之間的絕緣的可靠性。在現(xiàn)有的技術基礎上，閥側(cè)出線裝置主要設計出兩種比較典型的結(jié)構，其結(jié)構示意圖如圖1和圖2所示：

本文中暫將圖1結(jié)構定義為A型，將圖2結(jié)構定義為B型。由于換流變壓器閥側(cè)繞組在試驗時，既有交流耐壓試驗，還有直流耐壓和直流極性反轉(zhuǎn)試驗，所以閥側(cè)出線裝置結(jié)構相對于網(wǎng)側(cè)出線裝置要復雜得多。

4　　出線裝置電場仿真計算及裕度分析

本文主要通過建立閥側(cè)出線裝置二維簡化模型，利用ElecNet仿真分析軟件，計算了閥側(cè)出線裝置的直流電場和瞬態(tài)電場，對比分析了A型和B型出線裝置的電場強度。

4.1閥側(cè)出線裝置的直流電場計算及裕度分析

在直流電場中，電場強度呈電阻性分布，所以閥側(cè)出線裝置的直流電場分布取決于油紙系統(tǒng)材料的電導率γ。由于絕緣油與絕緣紙板的電導率一般為100:1，所以出線裝置中的固體絕緣材料將承擔大部分的電壓降，即固體絕緣材料中場強較高。利用ElecNet仿真分析軟件計算了閥側(cè)出線裝置在直流長時試驗電壓743kV下的電場強度，A型

表2　兩種絕緣結(jié)構電場強度及絕緣裕度對比

A型結(jié)構絕緣中最大場強位置出現(xiàn)在均壓球上端圓弧絕緣處（A點），值為33.3kV/mm。

B型結(jié)構絕緣中最大場強的位置在均壓球下端圓弧絕緣處（B點），值為64.1kV/mm。

從計算結(jié)果來看，A型、B型絕緣結(jié)構裕度最小點都出現(xiàn)在套管均壓球的弧度部分，在直流場中A型的絕緣裕度要優(yōu)于B型，但依據(jù)已投運產(chǎn)品的試驗和運行情況來看，兩種絕緣結(jié)構都完全滿足要求。

4.2閥側(cè)出線裝置的極性反轉(zhuǎn)電場計算及裕度分析

直流極性反轉(zhuǎn)試驗是模擬直流輸電線路在倒送電時的運行工況，是換流變壓器的重要試驗項目之一。對出線裝置而言，就要同時考慮復合絕緣中電導率γ和相對介電常數(shù)ε的瞬態(tài)分布，即考慮漏電流存在時的瞬態(tài)電場計算。本文利用ElecNet仿真分析軟件計算了閥側(cè)出線裝置在直流極性反轉(zhuǎn)試驗電壓529kV下的電場強度，A型、B型絕緣結(jié)構分別在5400s、5430s和5460s時的最大全域電場強度計算結(jié)果見圖5-圖10所示，電場強度及絕緣裕度對比見表3。

表3　兩種絕緣結(jié)構全域電場強度及絕緣裕度對比

A型結(jié)構極性反轉(zhuǎn)過程的典型時刻閥線圈端部電場分布如下所示。

5400s時，最大場強的位置在均壓球上端圓弧絕緣處（A點），值為21.7kV/mm；

5430s時，最大場強的位置在均壓球上端圓弧絕緣處（B點），值為18.7kV/mm；

5460s時，最大場強的位置在均壓球上端圓弧絕緣處（C點），值為15.6kV/mm；

B型結(jié)構極性反轉(zhuǎn)過程的典型時刻閥線圈端部電場分布如下所示。

5400s時，最大場強的位置在均壓球上端圓弧絕緣處（D點），

值為41.7kV/mm；

5430s時，最大場強的位置在均壓球上端圓弧絕緣處（E點），值為38.7kV/mm；

5460s時，最大場強的位置在均壓球上端圓弧絕緣處（F點），值為35.4kV/mm；

從計算結(jié)果來看，A型、B型絕緣結(jié)構裕度最小點都出現(xiàn)在套管均壓球的弧度部分，在直流場中A型的絕緣裕度要優(yōu)于B型，但依據(jù)已投運產(chǎn)品的試驗和運行情況來看，兩種絕緣結(jié)構都完全滿足要求。

5　　結(jié)論

通過對特高壓直流輸電工程中±400kV換流變壓器兩種不同結(jié)構閥側(cè)出線裝置簡化模型的電場計算，深入研究了兩種結(jié)構閥側(cè)出線裝置在直流耐壓和直流極性反轉(zhuǎn)試驗電壓作用下的電場強度和絕緣裕度，整體來說A型結(jié)構優(yōu)于B型，但是B型結(jié)構簡單易實現(xiàn)。

劉克民（1966-）,男,山東省濟南市人，高級工程師,本科,主要從事超特高壓變壓器技術研究。