±400kV換流變壓器閥側出線裝置交流電場計算

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

±400kV換流變壓器閥側出線裝置交流電場計算

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

摘要：閥側出線裝置絕緣結構研究是換流變壓器核心技術研究的重要環(huán)節(jié)，本文利用MainIsulation仿真分析軟件，對換流變壓器中兩種不同結構的直流±400kV閥側出線裝置的交流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。

關鍵詞：換流變壓器;閥側出線裝置;交流電場;絕緣裕度

1　引言

目前我國已累計建成“兩交四直”六條特高壓工程，未來十年甚至更長一段時間，特高壓是我國電網(wǎng)發(fā)展的常態(tài)。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研究是換流變壓器核心技術環(huán)節(jié)。為了掌握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出線裝置交流電場計算。

2　絕緣水平和試驗電壓

閥側出線裝置的主要作用是保護閥側繞組引線與閥側套管連接處絕緣的可靠性和閥側套管與升高座之間絕緣的穩(wěn)定性，所以在閥側出線裝置的絕緣結構設計時，不僅要考慮換流變壓器的絕緣水平和試驗電壓，而且還要考慮閥側套管出廠試驗電壓，并具有足夠的安全裕度。本文中在閥側出線裝置仿真分析時，電場強度值是基于閥側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±400kV換流變壓器套管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（交流試驗）

3　閥側出線裝置絕緣結構介紹

目前特高壓直流輸電工程中換流變壓器閥側電壓等級主要由200kV、400kV、600kV、800kV組成，在以后的規(guī)劃中，換流變壓器閥側電壓等級可能設計為275kV、550kV、825kV，1100kV。閥側出線裝置需要根據(jù)目前的HSP套管和ABB套管兩種結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，閥側出線裝置主要設計出兩種比較典型的結構，其結構示意圖如圖1和圖2所示：

本文中暫將圖1結構定義為A型，將圖2結構定義為B型。由于換流變壓器閥側繞組在試驗時，既有交流耐壓試驗，還有直流耐壓和直流極性反轉試驗，所以閥側出線裝置結構相對于網(wǎng)側出線裝置要復雜得多。從圖1可以看出，A型結構的閥側出線裝置主要是由紙筒和撐條組成的多層紙板油隙結構，以及在引線均壓球處的紙漿成型件。從圖2可以看出，B型結構的閥側出線裝置主要是由紙筒和瓦楞紙板組成的多層紙板油隙結構，以及在引線均壓球處的紙漿成型件。同時，從圖1和圖2可以看出，閥側出線裝置相對于交流變壓器中使用的出線裝置油隙分割較小，紙板層數(shù)較多。

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出線裝置二維簡化模型，利用MainIsulation仿真分析軟件，計算了閥側出線裝置的交流電場，對比分析了A型和B型出線裝置的電場強度，并根據(jù)已有的文獻和設計制造經(jīng)驗，對比分析兩種結構出線裝置的絕緣裕度。在電場計算時，為了簡化計算過程，復合工程實際需要，根據(jù)國內外參考文獻實際設計經(jīng)驗，進行了試驗電壓的等效折算，雷電全波沖擊試驗電壓折算到1min短時感應試驗電壓約為546kV，雷電截波沖擊試驗電壓折算到1min短時感應試驗電壓約為485kV，操作波沖擊試驗電壓分別折算到1min短時感應試驗電壓約為620kV，交流長時外施試驗電壓折算到1min短時感應試驗電壓約為660kV。根據(jù)以上折算結果，這里以交流長時外施試驗電壓進行交流電場分析。

4.1閥側出線裝置的交流電場計算及裕度分析

依據(jù)前面對各個試驗電壓的折算結果在計算時采用了交流長時外施試驗電壓折算值660kV。使用MainIsulation仿真分析軟件計算后，A型結構交流電場計算結果見圖3，B型結構交流電場計算結果見圖4，電場強度及絕緣裕度對比見表2。

A型結構分析后電場強度云圖及裕度分布如下圖所示，出線裝置側上端圓環(huán)處最大場強值為6.033kV/mm，出線裝置側最小裕度1.96，筒壁側最小裕度1.31。

B型結構分析后電場強度云圖及裕度分布如圖4所示，出線裝置側上端圓環(huán)處最大場強值為5.207kV/mm，出線裝置側最小裕度1.05，筒壁側最小裕度1.75。

表2　兩種絕緣結構電場強度及絕緣裕度對比

各條電力線裕度的計算主要參考魏德曼公司的經(jīng)典油隙許用值。從計算結果來看，A型筒壁側的絕緣裕度最小，B型套管側的絕緣裕度最小，依據(jù)已投運產(chǎn)品的設計裕度經(jīng)驗值來看此絕緣裕度完全滿足絕緣要求。

5　結論

通過對特高壓直流輸電工程中±400kV換流變壓器兩種不同結構閥側出線裝置簡化模型的交流電場計算，深入研究了兩種結構閥側出線裝置在交流耐壓試驗電壓作用下的電場強度和絕緣裕度，整體來說A型結構優(yōu)于B型，但是B型結構簡單易實現(xiàn)。通過兩種結構的比較為閥側出線裝置的設計制造及結構優(yōu)化提供了理論依據(jù)，同時為特高壓±800kV換流變壓器閥側出線裝置國產(chǎn)化和關鍵技術研究打下基礎。

作者簡介：劉克民（1966-）、男、山東濟南人，高級工程師，本科學歷，主要從事：超特高壓變壓器技術研究。