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

±400kV換流變壓器網(wǎng)側(cè)出線裝置電場計(jì)算

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

換流變壓器是直流輸電工程中的重大設(shè)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(wǎng)側(cè)出線裝置的交流電場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并給出了電場強(qiáng)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(jù)國家目前的發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)揮特高壓電網(wǎng)低碳環(huán)保的技術(shù)優(yōu)勢，建設(shè)特高壓電網(wǎng)勢在必行。目前，我國已累計(jì)建成并投運(yùn)“兩交四直”六條特高壓工程，2015年規(guī)劃建設(shè)“五交八直”，共計(jì)13條線路，根據(jù)國家電網(wǎng)公司的長期規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年，我國將建成“五縱五橫”，共計(jì)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(shè)備之一，其作用非常關(guān)鍵，而出線裝置的絕緣可靠性研究，是換流變壓器關(guān)鍵技術(shù)研究的重要環(huán)節(jié)。直流輸電線路建設(shè)初期，由于我國在直流輸電線路研究積累的經(jīng)驗(yàn)較少，大部分換流變壓器都為進(jìn)口產(chǎn)品或引進(jìn)國外技術(shù)在國內(nèi)變壓器廠家制造。隨著直流輸電線路的大規(guī)模建設(shè)，換流變壓器生產(chǎn)制造周期縮短，進(jìn)口出線裝置嚴(yán)重影響了換流變壓器按期交貨，導(dǎo)致直流輸電工程建設(shè)工期無法得到保證。為了提高換流變壓器國產(chǎn)化率，掌握其核心技術(shù)，山東電力設(shè)備有限公司購置了多個(gè)電磁場仿真分析軟件，利用在變壓器多年絕緣研究的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展了出線裝置絕緣技術(shù)研究。

2　　絕緣水平和試驗(yàn)電壓

網(wǎng)側(cè)出線裝置的主要作用是保護(hù)網(wǎng)側(cè)套管與引線連接處絕緣、網(wǎng)側(cè)套管與升高座之間絕緣的可靠性，因此，網(wǎng)側(cè)出線裝置的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅要考慮換流變壓器的絕緣水平和試驗(yàn)電壓，而且要考慮網(wǎng)側(cè)套管出廠試驗(yàn)電壓，并具有足夠的安全裕度。本文中在網(wǎng)側(cè)出線裝置仿真分析時(shí)，電場強(qiáng)度值是基于網(wǎng)側(cè)套管的出廠試驗(yàn)電壓計(jì)算所得，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)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(yàn)電壓的主要參數(shù)如下表所示。

套管絕緣水平和試驗(yàn)電壓

3　網(wǎng)側(cè)出線裝置絕緣結(jié)構(gòu)

目前，我國特高壓直流輸電工程中換流變壓器的網(wǎng)側(cè)首端電壓大部分都是500kV電壓等級，在以后的規(guī)劃中，有些工程的網(wǎng)側(cè)首端電壓可能會設(shè)計(jì)為750kV電壓等級。網(wǎng)側(cè)出線裝置主要用于提高換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組首端引線與套管連接處絕緣可靠性，同時(shí)加強(qiáng)套管尾部絕緣，保證換流變壓器安全運(yùn)行。哈密站±400kV換流變壓器網(wǎng)側(cè)出線裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

此結(jié)構(gòu)出線裝置主要包括包絕緣的屏蔽環(huán)、紙漿成型件、屏蔽筒和絕緣結(jié)構(gòu)件組成。由于裸電極表面的電力線比較集中，電場強(qiáng)度一般都比較高，為了降低油隙中電場強(qiáng)度，特別是第一油隙的電場強(qiáng)度，通常都要在電極表面進(jìn)行絕緣層覆蓋。從圖1可以看出，網(wǎng)側(cè)出線裝置不但在電極表面進(jìn)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(wǎng)側(cè)出線裝置的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先建立網(wǎng)側(cè)出線裝置二維模型，利用電場仿真計(jì)算軟件進(jìn)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(shù)量、成型件形狀等關(guān)鍵參數(shù)，確保網(wǎng)側(cè)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(wǎng)側(cè)出線裝置二維模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，根據(jù)已有的文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，給出出線裝置的絕緣裕度。在電場計(jì)算時(shí)，為了簡化計(jì)算過程，符合工程實(shí)際需要，根據(jù)國內(nèi)外參考文獻(xiàn)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了試驗(yàn)電壓的等效折算，雷電全波沖擊試驗(yàn)電壓折算1min短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓約為670kV，雷電截波沖擊試驗(yàn)電壓折算1min短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓約為550kV，操作波沖擊試驗(yàn)電壓分別折算到1min短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓約為590kV。根據(jù)以上折算結(jié)果，這里以短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓進(jìn)行電場分析。分析后電場強(qiáng)度云圖分布如圖2所示，裕度分布如表2所示，出線裝置側(cè)下端圓環(huán)處最大場強(qiáng)值為7.058kV/mm，出線裝置側(cè)最小裕度1.14，筒壁側(cè)最小裕度1.2。

4　出線裝置電場計(jì)算及絕緣裕度分析

4.1短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)時(shí)電場計(jì)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(wǎng)側(cè)繞組僅在首端引線與套管連接處使用了出線裝置，根據(jù)協(xié)議試驗(yàn)電壓要求，將網(wǎng)側(cè)出線裝置試驗(yàn)電壓設(shè)置為740kV，加壓時(shí)間1min，采用MainIsulation仿真分析軟件計(jì)算，具體如下：

分析后電場強(qiáng)度云圖分布如圖3所示，出線裝置側(cè)下端圓環(huán)處最大場強(qiáng)值為7.685kV/mm，出線裝置側(cè)最小裕度1.05，筒壁側(cè)最小裕度1.09。

從計(jì)算分析結(jié)果來看，兩種結(jié)構(gòu)筒壁側(cè)的絕緣裕度最小，依據(jù)已投運(yùn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)裕度，此絕緣裕度完全滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2絕緣表面的爬電電場強(qiáng)度計(jì)算及裕度分析

從計(jì)算分析結(jié)果來看，結(jié)構(gòu)紙板/油界面的爬電場強(qiáng)最大值0.985kV/mm，最小裕度1.92。依據(jù)已投運(yùn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)裕度，此絕緣裕度完全滿足設(shè)計(jì)要求。

5　結(jié)論

通過對哈密站±400kV換流變壓器網(wǎng)側(cè)出線裝置簡化模型的電場計(jì)算，深入研究了網(wǎng)側(cè)出線裝置在試驗(yàn)電壓作用下的電場強(qiáng)度和絕緣裕度，為出線裝置的設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

劉克民(1966-)，男，山東濟(jì)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。