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换流变压器阀侧直流引线的计算分析 靳淑云，王清璞 （保定天威保变电气股份有限公司，河北 保定 071056） 1 前言 换流变压器中与阀侧直流套管相连接的直流引 线是变压器中的关键组件之一。 此引线与直流套管 一样除承受交流电压、 雷电冲击电压和操作过电压 外，还承受直流电压、直流与交流的混合电压和系统 发生潮流反转时产生的极性反转电压的作用。 由于 此引线工作电压的特殊性和制造工艺的特殊性，目 前国内制造的500kV换流变压器阀侧引线均依赖 进口。 2 阀侧直流引线额定工作电压的确定 根据直流输电系统采用的脉动整流方式和脉动 整流桥数量确定不同位置换流变压器阀侧绕组额定 工作电压， 进而确定阀侧引线和阀侧套管等阀侧组 件的额定工作电压。以额定工作电压为参考，根据系 统保护要求，确定阀侧引线的试验电压，最终确定阀 侧引线的技术参数，完成产品订货。 依据IEC 60076标准和换流变压器的额定电压 确定阀侧引线和套管的额定电压。 通常阀侧引线和 套管的额定工作电压取的比变压器高一些， 其额定 电压按下式计算 UN＝（N－0．5）Udmax＋0．7Uv0max 式中N从地电位数起的6脉动桥的数量 Udmax每个6脉动桥的最高连续直流电 压，kV Uv0max阀侧绕组最高连续空载运行相间电 压（有效值），kV 额定电压由两部分组成，（N－0．5）Udmax为直流电 压分量；0．7Uv0max为交流电压分量。 以 我 国 即 将 开 工 建 设 的 云 南－广 东 第 一 条800kV直流输电线路中的高端800kV换流变 压器为例，其额定电压计算结果如下。 （1）系统的最高运行电压为816kV。 （2）变压器阀侧绕组的额定线电压为169．9kV。 （3）整流方式为双12脉动整流，即单极为4个 6脉动整流桥组成，N＝4。 （4）800kV阀侧引线直流电压分量为 （N－0．5）Udmax＝（4－0．5）816／4＝714kV （5）800kV阀侧引线交流电压分量为 0．7Uv0max＝0．7169．91．03＝122．5kV，（其中 1．03为安全系数）。 （6）800kV阀侧引线的额定电压为 UN＝N－0．5Udmax＋0．7Uv0max＝714＋122．5＝836．5kV 因此， 云南－广东的800kV直流输电线路中变 压器阀侧引线的额定电压可取836．5kV， 其中直流 电压分量为714kV，交流电压分量为122．5kV。 3 阀侧直流引线的电场计算 3．1阀侧直流引线的额定及试验电压 依据以上计算，并考虑系统的保护要求，确定阀 侧直流引线的额定及试验电压，如表1所示。 3．2绝缘材料的特性对引线电场的影响 在直流引线电场设计时， 除考虑引线本身结构 尺寸和绝缘材料外， 还必须要考虑阀侧套管电极对 电场的影响，交、直流电场中在相同的油纸复合绝缘 结构的电场强度分配是完全不同的。 在交流电压作 用下， 油纸复合绝缘结构的电场分布取决于介电常 数ε，呈容性分布。 而在直流电压作用下，油纸复合 绝缘结构的电场分布取决于材料的电导率γ， 呈阻 性分布，这是直流和交流电场分布特性的根本区别。 电场按容性分布时，不随温度、场强等因素变化；而 电场按阻性分布时，材料的电导率随温度、场强等因 素的变化而变化，其变化幅值有时会很大。 表1阀侧直流引线的额定及试验电压 kV 额定电压836．5 额定电压交流分量122．5 额定电压直流分量714 工频感应试验电压1 200 直流长时试验电压1 453 极性反转试验电压1 123 TRANSER 第 47 卷 第 3 期 2010 年 3 月 Vol.47 March No.3 2010 靳淑云、 王清璞 换流变压器阀侧直流引线的计算分析第 3 期 在直流电场中，由于油的电导率与绝缘纸板的 电导率相差甚大（100∶1），绝缘纸板承担着大部分的 电压降，绝缘纸板的场强较高；油隙承担着很小的电 压降，油隙中的场强很小。 而在交流电场中，油的介 电常数与绝缘纸板的介电常数相差较小（1∶2），绝缘 纸板承担的电压降与直流电场中的电压降相比要小 一些，绝缘纸板中的场强与直流电场中的场强相比 也要小一些；油隙承担的电压降与直流电场中的电 压降相比要大一些，油隙中的场强与直流电场中的 场强相比也要大一些。 3．3阀侧直流引线的交流电场计算 阀侧直流引线的交流电场计算，其施加电压按 工频感应试验电压1 200kV计算， 计算的等位线图 如图1所示，计算场强的最大值为5．7kV／mm。 3．4阀侧直流引线的直流电场计算 阀侧直流引线的直流电场计算，其施加电压按 直流长时试验电压1 453kV计算， 计算的等位线图 如图2所示，计算场强的最大值为34kV／mm。 3．5阀侧直流引线的极性反转电场计算 直流极性反转试验是由一种稳态直流电压迅速 改变到另一种稳态直流电压的试验。 这种直流极性 反转电场计算的实质是研究同时考虑电导率γ和 介电常数ε的复合介质中的瞬态电场分布，即考虑 漏电流存在时的瞬态电场计算。 在整个极性反转试验的过程中，引线中各处的 电位和场强是一种不断变化的暂态过程，图3是极 性反转后1min时刻的等位线图。 极性反转试验一般要做两次反转，每次反转前 的稳态电压保持时间为90min， 极性反转完成时间 为1min。 极性反转试验通常按以下顺序和时间进行。 （1）施加负极性的直流试验电压90min。 （2）将极性反转并维持电压90min。 （3）再次反转极性并维持电压45min。 （4）将电压降为0。 除以上计算外， 换流变压器的引线电场计算还 有雷电全波、 雷电截波和操作冲击试验条件下的电 场计算等，其计算方法与一般电力变压器相类似，在 此不再赘述。 4 结论 通过对换流变压器阀侧直流引线的额定电压以 及交、直流电场和极性反转电场的计算，确定了阀侧 直流引线的绝缘水平和技术参数， 为阀侧直流引线 订货提供了技术依据。 图1引线的交流电场等位线图 图2引线的直流电场等位线图 图3引线的极性反转电场等位线图 11