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

±400kV換流變壓器閥側(cè)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(shè)備有限公司,濟南250022）

摘要：閥側(cè)出線裝置絕緣結(jié)構(gòu)研究是換流變壓器核心技術(shù)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(jié)構(gòu)的直流±400kV閥側(cè)出線裝置的交流電場進(jìn)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(guān)鍵詞：換流變壓器;閥側(cè)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(shè)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(shù)環(huán)節(jié)。為了掌握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，利用電磁場仿真分析軟件，進(jìn)行了換流變壓器閥側(cè)出線裝置交流電場計算。

2　絕緣水平和試驗電壓

閥側(cè)出線裝置的主要作用是保護(hù)閥側(cè)繞組引線與閥側(cè)套管連接處絕緣的可靠性和閥側(cè)套管與升高座之間絕緣的穩(wěn)定性，所以在閥側(cè)出線裝置的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)套管出廠試驗電壓，并具有足夠的安全裕度。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(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±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(cè)出線裝置絕緣結(jié)構(gòu)介紹

目前特高壓直流輸電工程中換流變壓器閥側(cè)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(cè)電壓等級可能設(shè)計為275kV、550kV、825kV，1100kV。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)來進(jìn)行針對性的設(shè)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(shù)基礎(chǔ)上，閥側(cè)出線裝置主要設(shè)計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(gòu)相對于網(wǎng)側(cè)出線裝置要復(fù)雜得多。從圖1可以看出，A型結(jié)構(gòu)的閥側(cè)出線裝置主要是由紙筒和撐條組成的多層紙板油隙結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的閥側(cè)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(jié)構(gòu)，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(cè)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(cè)出線裝置二維簡化模型，利用MainIsulation仿真分析軟件，計算了閥側(cè)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(xiàn)和設(shè)計制造經(jīng)驗，對比分析兩種結(jié)構(gòu)出線裝置的絕緣裕度。在電場計算時，為了簡化計算過程，復(fù)合工程實際需要，根據(jù)國內(nèi)外參考文獻(xiàn)實際設(shè)計經(jīng)驗，進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)試驗電壓約為660kV。根據(jù)以上折算結(jié)果，這里以交流長時外施試驗電壓進(jìn)行交流電場分析。

4.1閥側(cè)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(jié)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(jié)構(gòu)交流電場計算結(jié)果見圖3，B型結(jié)構(gòu)交流電場計算結(jié)果見圖4，電場強度及絕緣裕度對比見表2。

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

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

表2　兩種絕緣結(jié)構(gòu)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(jié)果來看，A型筒壁側(cè)的絕緣裕度最小，B型套管側(cè)的絕緣裕度最小，依據(jù)已投運產(chǎn)品的設(shè)計裕度經(jīng)驗值來看此絕緣裕度完全滿足絕緣要求。

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(gòu)閥側(cè)出線裝置簡化模型的交流電場計算，深入研究了兩種結(jié)構(gòu)閥側(cè)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(jié)構(gòu)優(yōu)于B型，但是B型結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)。通過兩種結(jié)構(gòu)的比較為閥側(cè)出線裝置的設(shè)計制造及結(jié)構(gòu)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(cè)出線裝置國產(chǎn)化和關(guān)鍵技術(shù)研究打下基礎(chǔ)。

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