±400kV換流變壓器網側出線裝置電場計算

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

±400kV換流變壓器網側出線裝置電場計算

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

換流變壓器是直流輸電工程中的重大設備之一，而出線裝置是換流變壓器中的重要組成部分。本文利用Main Isulat ion和ElecNet兩種仿真分析軟件，對哈密站±400kV換流變壓器中網側出線裝置的交流電場進行了數值計算，并給出了電場強度和絕緣裕度。

換流變壓器;出線裝置;交流電場;絕緣裕度

1　引言

根據國家目前的發展戰略，發揮特高壓電網低碳環保的技術優勢，建設特高壓電網勢在必行。目前，我國已累計建成并投運“兩交四直”六條特高壓工程，2015年規劃建設“五交八直”，共計13條線路，根據國家電網公司的長期規劃，預計到2020年，我國將建成“五縱五橫”，共計27條特高壓輸電線路。

換流變壓器是特高壓直流變電站的重大設備之一，其作用非常關鍵，而出線裝置的絕緣可靠性研究，是換流變壓器關鍵技術研究的重要環節。直流輸電線路建設初期，由于我國在直流輸電線路研究積累的經驗較少，大部分換流變壓器都為進口產品或引進國外技術在國內變壓器廠家制造。隨著直流輸電線路的大規模建設，換流變壓器生產制造周期縮短，進口出線裝置嚴重影響了換流變壓器按期交貨，導致直流輸電工程建設工期無法得到保證。為了提高換流變壓器國產化率，掌握其核心技術，山東電力設備有限公司購置了多個電磁場仿真分析軟件，利用在變壓器多年絕緣研究的技術經驗基礎上，開展了出線裝置絕緣技術研究。

2　　絕緣水平和試驗電壓

網側出線裝置的主要作用是保護網側套管與引線連接處絕緣、網側套管與升高座之間絕緣的可靠性，因此，網側出線裝置的絕緣結構設計，不僅要考慮換流變壓器的絕緣水平和試驗電壓，而且要考慮網側套管出廠試驗電壓，并具有足夠的安全裕度。本文中在網側出線裝置仿真分析時，電場強度值是基于網側套管的出廠試驗電壓計算所得，根據國家標準和技術協議要求，哈密南-鄭州東特高壓直流輸電工程哈密站中±400kV換流變壓器套管絕緣水平和試驗電壓的主要參數如下表所示。

套管絕緣水平和試驗電壓

3　網側出線裝置絕緣結構

目前，我國特高壓直流輸電工程中換流變壓器的網側首端電壓大部分都是500kV電壓等級，在以后的規劃中，有些工程的網側首端電壓可能會設計為750kV電壓等級。網側出線裝置主要用于提高換流變壓器網側繞組首端引線與套管連接處絕緣可靠性，同時加強套管尾部絕緣，保證換流變壓器安全運行。哈密站±400kV換流變壓器網側出線裝置結構示意圖如圖1所示。

此結構出線裝置主要包括包絕緣的屏蔽環、紙漿成型件、屏蔽筒和絕緣結構件組成。由于裸電極表面的電力線比較集中，電場強度一般都比較高，為了降低油隙中電場強度，特別是第一油隙的電場強度，通常都要在電極表面進行絕緣層覆蓋。從圖1可以看出，網側出線裝置不但在電極表面進行了絕緣覆蓋，而且在出線裝置中使用了成型絕緣件分割油隙。

網側出線裝置的絕緣結構設計時，首先建立網側出線裝置二維模型，利用電場仿真計算軟件進行分析，最終確定電極邊緣倒角、電極形狀、絕緣覆蓋厚度、油隙大小和數量、成型件形狀等關鍵參數，確保網側出線裝置絕緣裕度足夠。

本文主要采用MainIsulation和ElecNet兩種仿真分析軟件，通過對網側出線裝置二維模型進行數值計算，根據已有的文獻和設計制造經驗，給出出線裝置的絕緣裕度。在電場計算時，為了簡化計算過程，符合工程實際需要，根據國內外參考文獻實際設計經驗，進行了試驗電壓的等效折算，雷電全波沖擊試驗電壓折算1min短時感應試驗電壓約為670kV，雷電截波沖擊試驗電壓折算1min短時感應試驗電壓約為550kV，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590kV。根據以上折算結果，這里以短時感應試驗電壓進行電場分析。分析后電場強度云圖分布如圖2所示，裕度分布如表2所示，出線裝置側下端圓環處最大場強值為7.058kV/mm，出線裝置側最小裕度1.14，筒壁側最小裕度1.2。

4　出線裝置電場計算及絕緣裕度分析

4.1短時感應試驗時電場計算及絕緣裕度分析

在哈密南-鄭州東的特高壓直流輸電工程中，所有換流變壓器的網側繞組僅在首端引線與套管連接處使用了出線裝置，根據協議試驗電壓要求，將網側出線裝置試驗電壓設置為740kV，加壓時間1min，采用MainIsulation仿真分析軟件計算，具體如下：

分析后電場強度云圖分布如圖3所示，出線裝置側下端圓環處最大場強值為7.685kV/mm，出線裝置側最小裕度1.05，筒壁側最小裕度1.09。

從計算分析結果來看，兩種結構筒壁側的絕緣裕度最小，依據已投運產品的設計裕度，此絕緣裕度完全滿足設計要求。

4.2絕緣表面的爬電電場強度計算及裕度分析

從計算分析結果來看，結構紙板/油界面的爬電場強最大值0.985kV/mm，最小裕度1.92。依據已投運產品的設計裕度，此絕緣裕度完全滿足設計要求。

5　結論

通過對哈密站±400kV換流變壓器網側出線裝置簡化模型的電場計算，深入研究了網側出線裝置在試驗電壓作用下的電場強度和絕緣裕度，為出線裝置的設計制造及應用提供了理論依據。

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。