±400kV换流变压器阀侧出线装置直流电场计算

刘克民,韦良斌,张书韬,武目浩,李象军（山东电力设备有限公司,济南　250022）

±400kV换流变压器阀侧出线装置直流电场计算

刘克民,韦良斌,张书韬,武目浩,李象军
（山东电力设备有限公司,济南250022）

本文利用ElecNet仿真分析软件，对±400kV换流变压器中两种不同结构的阀侧出线装置的直流电场和极性反转电场进行了仿真计算，并给出了两种出线装置电场强度和绝缘裕度的对比分析。

换流变压器;阀侧出线装置;直流电场;瞬态电场;绝缘裕度

1　引言

在特高压直流输电线路中，换流变压器是直流变电站的重大设备之一，而出线装置的绝缘可靠性是换流变压器核心技术。山东电力设备有限公司在多年的变压器绝缘技术研究基础上，利用电磁场仿真分析软件，进行了换流变压器阀侧出线装置绝缘研究。

2　绝缘水平和试验电压

本文中在阀侧出线装置仿真分析时，电场强度值是基于阀侧套管的出厂试验电压计算所得。根据国家标准和已建变电站中换流变压器技术协议要求，确定绝缘水平和试验电压主要参数见表1：

表1　换流变压器套管绝缘水平（直流试验）

3　阀侧出线装置绝缘结构

阀侧出线装置需要根据目前的HSP套管和ABB套管两种结构来进行针对性的设计，从而保证引线与套管的绝缘和套管与升高座之间的绝缘的可靠性。在现有的技术基础上，阀侧出线装置主要设计出两种比较典型的结构，其结构示意图如图1和图2所示：

本文中暂将图1结构定义为A型，将图2结构定义为B型。由于换流变压器阀侧绕组在试验时，既有交流耐压试验，还有直流耐压和直流极性反转试验，所以阀侧出线装置结构相对于网侧出线装置要复杂得多。

4　　出线装置电场仿真计算及裕度分析

本文主要通过建立阀侧出线装置二维简化模型，利用ElecNet仿真分析软件，计算了阀侧出线装置的直流电场和瞬态电场，对比分析了A型和B型出线装置的电场强度。

4.1阀侧出线装置的直流电场计算及裕度分析

在直流电场中，电场强度呈电阻性分布，所以阀侧出线装置的直流电场分布取决于油纸系统材料的电导率γ。由于绝缘油与绝缘纸板的电导率一般为100:1，所以出线装置中的固体绝缘材料将承担大部分的电压降，即固体绝缘材料中场强较高。利用ElecNet仿真分析软件计算了阀侧出线装置在直流长时试验电压743kV下的电场强度，A型

表2　两种绝缘结构电场强度及绝缘裕度对比

A型结构绝缘中最大场强位置出现在均压球上端圆弧绝缘处（A点），值为33.3kV/mm。

B型结构绝缘中最大场强的位置在均压球下端圆弧绝缘处（B点），值为64.1kV/mm。

从计算结果来看，A型、B型绝缘结构裕度最小点都出现在套管均压球的弧度部分，在直流场中A型的绝缘裕度要优于B型，但依据已投运产品的试验和运行情况来看，两种绝缘结构都完全满足要求。

4.2阀侧出线装置的极性反转电场计算及裕度分析

直流极性反转试验是模拟直流输电线路在倒送电时的运行工况，是换流变压器的重要试验项目之一。对出线装置而言，就要同时考虑复合绝缘中电导率γ和相对介电常数ε的瞬态分布，即考虑漏电流存在时的瞬态电场计算。本文利用ElecNet仿真分析软件计算了阀侧出线装置在直流极性反转试验电压529kV下的电场强度，A型、B型绝缘结构分别在5400s、5430s和5460s时的最大全域电场强度计算结果见图5-图10所示，电场强度及绝缘裕度对比见表3。

表3　两种绝缘结构全域电场强度及绝缘裕度对比

A型结构极性反转过程的典型时刻阀线圈端部电场分布如下所示。

5400s时，最大场强的位置在均压球上端圆弧绝缘处（A点），值为21.7kV/mm；

5430s时，最大场强的位置在均压球上端圆弧绝缘处（B点），值为18.7kV/mm；

5460s时，最大场强的位置在均压球上端圆弧绝缘处（C点），值为15.6kV/mm；

B型结构极性反转过程的典型时刻阀线圈端部电场分布如下所示。

5400s时，最大场强的位置在均压球上端圆弧绝缘处（D点），

值为41.7kV/mm；

5430s时，最大场强的位置在均压球上端圆弧绝缘处（E点），值为38.7kV/mm；

5460s时，最大场强的位置在均压球上端圆弧绝缘处（F点），值为35.4kV/mm；

从计算结果来看，A型、B型绝缘结构裕度最小点都出现在套管均压球的弧度部分，在直流场中A型的绝缘裕度要优于B型，但依据已投运产品的试验和运行情况来看，两种绝缘结构都完全满足要求。

5　　结论

通过对特高压直流输电工程中±400kV换流变压器两种不同结构阀侧出线装置简化模型的电场计算，深入研究了两种结构阀侧出线装置在直流耐压和直流极性反转试验电压作用下的电场强度和绝缘裕度，整体来说A型结构优于B型，但是B型结构简单易实现。

刘克民（1966-）,男,山东省济南市人，高级工程师,本科,主要从事超特高压变压器技术研究。