劉克民,韋良斌,張書韜,武目浩,李象軍（山東電力設(shè)備有限公司,濟(jì)南　250022）

±400kV換流變壓器閥側(cè)出線裝置直流電場(chǎng)計(jì)算

劉克民,韋良斌,張書韜,武目浩,李象軍
（山東電力設(shè)備有限公司,濟(jì)南250022）

本文利用ElecNet仿真分析軟件，對(duì)±400kV換流變壓器中兩種不同結(jié)構(gòu)的閥側(cè)出線裝置的直流電場(chǎng)和極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，并給出了兩種出線裝置電場(chǎng)強(qiáng)度和絕緣裕度的對(duì)比分析。

換流變壓器;閥側(cè)出線裝置;直流電場(chǎng);瞬態(tài)電場(chǎng);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(shè)備之一，而出線裝置的絕緣可靠性是換流變壓器核心技術(shù)。山東電力設(shè)備有限公司在多年的變壓器絕緣技術(shù)研究基礎(chǔ)上，利用電磁場(chǎng)仿真分析軟件，進(jìn)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(yàn)電壓

本文中在閥側(cè)出線裝置仿真分析時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度值是基于閥側(cè)套管的出廠試驗(yàn)電壓計(jì)算所得。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和已建變電站中換流變壓器技術(shù)協(xié)議要求，確定絕緣水平和試驗(yàn)電壓主要參數(shù)見(jiàn)表1：

表1　換流變壓器套管絕緣水平（直流試驗(yàn)）

3　閥側(cè)出線裝置絕緣結(jié)構(gòu)

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(gòu)來(lái)進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，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(shù)基礎(chǔ)上，閥側(cè)出線裝置主要設(shè)計(jì)出兩種比較典型的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示：

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

4　　出線裝置電場(chǎng)仿真計(jì)算及裕度分析

本文主要通過(guò)建立閥側(cè)出線裝置二維簡(jiǎn)化模型，利用ElecNet仿真分析軟件，計(jì)算了閥側(cè)出線裝置的直流電場(chǎng)和瞬態(tài)電場(chǎng)，對(duì)比分析了A型和B型出線裝置的電場(chǎng)強(qiáng)度。

4.1閥側(cè)出線裝置的直流電場(chǎng)計(jì)算及裕度分析

在直流電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度呈電阻性分布，所以閥側(cè)出線裝置的直流電場(chǎng)分布取決于油紙系統(tǒng)材料的電導(dǎo)率γ。由于絕緣油與絕緣紙板的電導(dǎo)率一般為100:1，所以出線裝置中的固體絕緣材料將承擔(dān)大部分的電壓降，即固體絕緣材料中場(chǎng)強(qiáng)較高。利用ElecNet仿真分析軟件計(jì)算了閥側(cè)出線裝置在直流長(zhǎng)時(shí)試驗(yàn)電壓743kV下的電場(chǎng)強(qiáng)度，A型

表2　兩種絕緣結(jié)構(gòu)電場(chǎng)強(qiáng)度及絕緣裕度對(duì)比

A型結(jié)構(gòu)絕緣中最大場(chǎng)強(qiáng)位置出現(xiàn)在均壓球上端圓弧絕緣處（A點(diǎn)），值為33.3kV/mm。

B型結(jié)構(gòu)絕緣中最大場(chǎng)強(qiáng)的位置在均壓球下端圓弧絕緣處（B點(diǎn)），值為64.1kV/mm。

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，A型、B型絕緣結(jié)構(gòu)裕度最小點(diǎn)都出現(xiàn)在套管均壓球的弧度部分，在直流場(chǎng)中A型的絕緣裕度要優(yōu)于B型，但依據(jù)已投運(yùn)產(chǎn)品的試驗(yàn)和運(yùn)行情況來(lái)看，兩種絕緣結(jié)構(gòu)都完全滿足要求。

4.2閥側(cè)出線裝置的極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)計(jì)算及裕度分析

直流極性反轉(zhuǎn)試驗(yàn)是模擬直流輸電線路在倒送電時(shí)的運(yùn)行工況，是換流變壓器的重要試驗(yàn)項(xiàng)目之一。對(duì)出線裝置而言，就要同時(shí)考慮復(fù)合絕緣中電導(dǎo)率γ和相對(duì)介電常數(shù)ε的瞬態(tài)分布，即考慮漏電流存在時(shí)的瞬態(tài)電場(chǎng)計(jì)算。本文利用ElecNet仿真分析軟件計(jì)算了閥側(cè)出線裝置在直流極性反轉(zhuǎn)試驗(yàn)電壓529kV下的電場(chǎng)強(qiáng)度，A型、B型絕緣結(jié)構(gòu)分別在5400s、5430s和5460s時(shí)的最大全域電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5-圖10所示，電場(chǎng)強(qiáng)度及絕緣裕度對(duì)比見(jiàn)表3。

表3　兩種絕緣結(jié)構(gòu)全域電場(chǎng)強(qiáng)度及絕緣裕度對(duì)比

A型結(jié)構(gòu)極性反轉(zhuǎn)過(guò)程的典型時(shí)刻閥線圈端部電場(chǎng)分布如下所示。

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

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

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

B型結(jié)構(gòu)極性反轉(zhuǎn)過(guò)程的典型時(shí)刻閥線圈端部電場(chǎng)分布如下所示。

5400s時(shí)，最大場(chǎng)強(qiáng)的位置在均壓球上端圓弧絕緣處（D點(diǎn)），

值為41.7kV/mm；

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

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

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，A型、B型絕緣結(jié)構(gòu)裕度最小點(diǎn)都出現(xiàn)在套管均壓球的弧度部分，在直流場(chǎng)中A型的絕緣裕度要優(yōu)于B型，但依據(jù)已投運(yùn)產(chǎn)品的試驗(yàn)和運(yùn)行情況來(lái)看，兩種絕緣結(jié)構(gòu)都完全滿足要求。

5　　結(jié)論

通過(guò)對(duì)特高壓直流輸電工程中±400kV換流變壓器兩種不同結(jié)構(gòu)閥側(cè)出線裝置簡(jiǎn)化模型的電場(chǎng)計(jì)算，深入研究了兩種結(jié)構(gòu)閥側(cè)出線裝置在直流耐壓和直流極性反轉(zhuǎn)試驗(yàn)電壓作用下的電場(chǎng)強(qiáng)度和絕緣裕度，整體來(lái)說(shuō)A型結(jié)構(gòu)優(yōu)于B型，但是B型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。

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