±400kV換流變壓器閥側出線裝置直流電場計算

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

±400kV換流變壓器閥側出線裝置直流電場計算

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

本文利用ElecNet仿真分析軟件，對±400kV換流變壓器中兩種不同結構的閥側出線裝置的直流電場和極性反轉電場進行了仿真計算，并給出了兩種出線裝置電場強度和絕緣裕度的對比分析。

換流變壓器;閥側出線裝置;直流電場;瞬態電場;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備之一，而出線裝置的絕緣可靠性是換流變壓器核心技術。山東電力設備有限公司在多年的變壓器絕緣技術研究基礎上，利用電磁場仿真分析軟件，進行了換流變壓器閥側出線裝置絕緣研究。

2　絕緣水平和試驗電壓

本文中在閥側出線裝置仿真分析時，電場強度值是基于閥側套管的出廠試驗電壓計算所得。根據國家標準和已建變電站中換流變壓器技術協議要求，確定絕緣水平和試驗電壓主要參數見表1：

表1　換流變壓器套管絕緣水平（直流試驗）

3　閥側出線裝置絕緣結構

閥側出線裝置需要根據目前的HSP套管和ABB套管兩種結構來進行針對性的設計，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。在現有的技術基礎上，閥側出線裝置主要設計出兩種比較典型的結構，其結構示意圖如圖1和圖2所示：

本文中暫將圖1結構定義為A型，將圖2結構定義為B型。由于換流變壓器閥側繞組在試驗時，既有交流耐壓試驗，還有直流耐壓和直流極性反轉試驗，所以閥側出線裝置結構相對于網側出線裝置要復雜得多。

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出線裝置二維簡化模型，利用ElecNet仿真分析軟件，計算了閥側出線裝置的直流電場和瞬態電場，對比分析了A型和B型出線裝置的電場強度。

4.1閥側出線裝置的直流電場計算及裕度分析

在直流電場中，電場強度呈電阻性分布，所以閥側出線裝置的直流電場分布取決于油紙系統材料的電導率γ。由于絕緣油與絕緣紙板的電導率一般為100:1，所以出線裝置中的固體絕緣材料將承擔大部分的電壓降，即固體絕緣材料中場強較高。利用ElecNet仿真分析軟件計算了閥側出線裝置在直流長時試驗電壓743kV下的電場強度，A型

表2　兩種絕緣結構電場強度及絕緣裕度對比

A型結構絕緣中最大場強位置出現在均壓球上端圓弧絕緣處（A點），值為33.3kV/mm。

B型結構絕緣中最大場強的位置在均壓球下端圓弧絕緣處（B點），值為64.1kV/mm。

從計算結果來看，A型、B型絕緣結構裕度最小點都出現在套管均壓球的弧度部分，在直流場中A型的絕緣裕度要優于B型，但依據已投運產品的試驗和運行情況來看，兩種絕緣結構都完全滿足要求。

4.2閥側出線裝置的極性反轉電場計算及裕度分析

直流極性反轉試驗是模擬直流輸電線路在倒送電時的運行工況，是換流變壓器的重要試驗項目之一。對出線裝置而言，就要同時考慮復合絕緣中電導率γ和相對介電常數ε的瞬態分布，即考慮漏電流存在時的瞬態電場計算。本文利用ElecNet仿真分析軟件計算了閥側出線裝置在直流極性反轉試驗電壓529kV下的電場強度，A型、B型絕緣結構分別在5400s、5430s和5460s時的最大全域電場強度計算結果見圖5-圖10所示，電場強度及絕緣裕度對比見表3。

表3　兩種絕緣結構全域電場強度及絕緣裕度對比

A型結構極性反轉過程的典型時刻閥線圈端部電場分布如下所示。

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

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

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

B型結構極性反轉過程的典型時刻閥線圈端部電場分布如下所示。

5400s時，最大場強的位置在均壓球上端圓弧絕緣處（D點），

值為41.7kV/mm；

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

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

從計算結果來看，A型、B型絕緣結構裕度最小點都出現在套管均壓球的弧度部分，在直流場中A型的絕緣裕度要優于B型，但依據已投運產品的試驗和運行情況來看，兩種絕緣結構都完全滿足要求。

5　　結論

通過對特高壓直流輸電工程中±400kV換流變壓器兩種不同結構閥側出線裝置簡化模型的電場計算，深入研究了兩種結構閥側出線裝置在直流耐壓和直流極性反轉試驗電壓作用下的電場強度和絕緣裕度，整體來說A型結構優于B型，但是B型結構簡單易實現。

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