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

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

劉克民,韋良斌,李象軍,張書(shū)韜,武目浩
（山東電力設(shè)備有限公司,濟(jì)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(duì)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(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。

關(guān)鍵詞：換流變壓器;閥側(cè)出線裝置;交流電場(chǎng);絕緣裕度

1　引言

目前我國(guó)已累計(jì)建成“兩交四直”六條特高壓工程，未來(lái)十年甚至更長(zhǎng)一段時(shí)間，特高壓是我國(guó)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(chǎng)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(chǎng)計(jì)算。

2　絕緣水平和試驗(yàn)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(jì)時(shí)，不僅要考慮換流變壓器的絕緣水平和試驗(yàn)電壓，而且還要考慮閥側(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±400kV換流變壓器套管絕緣水平和試驗(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（交流試驗(yàn)）

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(jí)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(jí)可能設(shè)計(jì)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(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。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(shí)，從圖1和圖2可以看出，閥側(cè)出線裝置相對(duì)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(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MainIsulation仿真分析軟件，計(jì)算了閥側(cè)出線裝置的交流電場(chǎng)，對(duì)比分析了A型和B型出線裝置的電場(chǎng)強(qiáng)度，并根據(jù)已有的文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析兩種結(jié)構(gòu)出線裝置的絕緣裕度。在電場(chǎng)計(jì)算時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，復(fù)合工程實(shí)際需要，根據(jù)國(guó)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)電壓折算到1min短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓約為546kV，雷電截波沖擊試驗(yàn)電壓折算到1min短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓約為485kV，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620kV，交流長(zhǎng)時(shí)外施試驗(yàn)電壓折算到1min短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓約為660kV。根據(jù)以上折算結(jié)果，這里以交流長(zhǎng)時(shí)外施試驗(yàn)電壓進(jìn)行交流電場(chǎng)分析。

4.1閥側(cè)出線裝置的交流電場(chǎng)計(jì)算及裕度分析

依據(jù)前面對(duì)各個(gè)試驗(yàn)電壓的折算結(jié)果在計(jì)算時(shí)采用了交流長(zhǎng)時(shí)外施試驗(yàn)電壓折算值660kV。使用MainIsulation仿真分析軟件計(jì)算后，A型結(jié)構(gòu)交流電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3，B型結(jié)構(gòu)交流電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4，電場(chǎng)強(qiáng)度及絕緣裕度對(duì)比見(jiàn)表2。

A型結(jié)構(gòu)分析后電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度及絕緣裕度對(duì)比

各條電力線裕度的計(jì)算主要參考魏德曼公司的經(jīng)典油隙許用值。從計(jì)算結(jié)果來(lái)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(yùn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)裕度經(jīng)驗(yàn)值來(lái)看此絕緣裕度完全滿足絕緣要求。

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)化模型的交流電場(chǎng)計(jì)算，深入研究了兩種結(jié)構(gòu)閥側(cè)出線裝置在交流耐壓試驗(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)。通過(guò)兩種結(jié)構(gòu)的比較為閥側(cè)出線裝置的設(shè)計(jì)制造及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù)，同時(shí)為特高壓±800kV換流變壓器閥側(cè)出線裝置國(guó)產(chǎn)化和關(guān)鍵技術(shù)研究打下基礎(chǔ)。

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