特高压并联电抗器主绝缘电场仿真计算

肖 朋

(营口职业技术学院电气电子工程系，辽宁营口 115000)

特高压并联电抗器主绝缘电场仿真计算

肖 朋

(营口职业技术学院电气电子工程系，辽宁营口 115000)

目前，特高压电网建设是我国电力系统的发展方向，与之配套的特高压设备发展也势在必行。在国家特高压交流输电工程中并联电抗器发挥着举足轻重的作用，特高压并联电抗器在工作运行中受到各类过电压的影响，主绝缘结构电场仿真计算对于产品的设计起到重要的参考作用。本文仿真使用Ansoft公司的Maxwell软件对特高压并联电抗器的A柱线圈和X柱线圈分别到铁芯饼和旁轭的电场强度进行了计算，计算结果的安全裕度满足工作要求。研究结论对特高压电气产品的仿真分析具有重要的工程实践参考价值。

并联电抗器；主绝缘；电场计算

为了实现电能资源的优化配置和能源结构的有效调整，我国大力发展特高压电网工程建设。在高电压和大容量系统中，安装并联电抗器可以维持无功平衡、补偿线路电容效应、提高功率因数、减少线路损耗、限制电压升高等。本文结合“皖电东送”特高压交流输电工程的技术要求，对研制1100 kV特高压并联电抗器的核心技术——主绝缘结构电场进行了分析计算和阐述，特高压并联电抗器的使用寿命与主绝缘结构的合理性有直接的关系。因此，主绝缘结构对于特高压并联电抗器安全、可靠、稳定的运行起着至关重要的作用。

1 特高压并联电抗器主要技术参数

(1)型式：户外、单相、油浸、间隙-铁芯，并将由3个单相组成三相星形连接，通过中性点电抗器接地，冷却方式为ONAF。

(3)额定频率：50 Hz。

(4)连续额定容量：240 Mvar。

(5)额定电流：377.9 A。

(7)绝缘水平(表1)。

2 特高压并联电抗器主绝缘结构

240 Mvar/1100 kV并联电抗器其容量大、电压高、可靠性要求高。针对这些特点，该产品的最终外形结构如图1所示。

并联电抗器内部采用两柱串联结构形式线圈，两柱共同承担试验电压和工作电压，绝缘性能好，器身间主绝缘、线圈纵绝缘裕度大，工作电压下绝缘可靠性得到了保证。每柱线圈皆为中部出线，当两柱线圈串联接线时，雷电全波冲击的2250 kV和雷电截波冲击的2400 kV电压施加在两部分线圈上，使得冲击沿面爬电距离有了显著增大。A柱线圈采用纠结-内屏-连续式结构，高压线端的线匝间电容量增大使得线圈冲击电位和梯度分布得到有效改善。末端采用换位导线形式降低漏磁引起的涡流损耗，避免过热，保护线圈绝缘。串联绕组联结示意图如图2所示。

表1 绝缘水平

图1 240 Mvar/1100 kV并联电抗器外形图

并联电抗器的主绝缘结构采用成熟的固体隔板合理分割油隙结构，并确保隔板的数量直接影响油隙的电气强度差别，进行优化选取，器身整体结构如图3所示。线圈端部的转角区，采用优化设计的端部静电屏改善电场等位线的分布。为了保证油隙尺寸和绝缘尺寸固定可靠，使用进口的成型绝缘件，成型绝缘件的形状符合等位线，并放置在最佳的位置上。

图2 串联绕组联结示意图

图3 并联电抗器内部主绝缘结构图

3 主绝缘电场仿真计算

本文对1100 kV特高压并联电抗器主绝缘结构进行仿真计算，计算时采用美国Ansoft公司的Maxwell软件。文中分析的并联电抗器产品包括两个线圈，分别套装在A柱和X柱上，1100 kV线圈首端布置在A柱上，因此A柱线圈中部到铁心饼及旁轭、A柱线圈端部到铁心饼及旁轭是此台1100 kV特高压电抗器产品主绝缘结构分析的重点部位。

运用Maxwell软件计算A柱线圈中部到铁心饼的电场强度，在5分钟工频试验1100 kV电压下，计算所得最严重电场强度出现在芯柱地屏侧，其电场强度值为6.04 kV/mm，具有1.14倍的安全裕度，满足工作要求，电场强度分布如图4所示。计算A柱线圈中部到旁轭的电场强度，在5分钟工频试验1100 kV电压下，计算所得最严重电场强度出现在线圈中部外径侧，其电场强度值为4.70 kV/mm，具有1.15倍的安全裕度，满足工作要求，电场强度分布如图5所示。

图4 A柱线圈中部到铁心饼

图5 A柱线圈中部到旁轭

计算A柱线圈上端部到铁心饼的电场强度，在5分钟工频试验1100 kV电压下，计算所得最严重电场强度出现在线圈上端部静电板内径侧，其电场强度值为5.14 kV/mm，具有1.42倍的安全裕度，满足工作要求，电场强度分布如图6所示。计算A柱线圈上端部到旁轭的电场强度，在5分钟工频试验1100 kV电压下，计算所得最严重电场强度出现在线圈上端部静电板外径侧，其电场强度值为5.61 kV/mm，具有1.30倍的安全裕度，满足工作要求。电场强度分布如图7所示。

图6 A柱线圈上端部到铁心饼

图7 A柱线圈上端部到旁轭

计算X柱线圈中部到铁心饼电场强度，在5分钟工频试验1100 kV电压下，计算所得最严重电场强度出现在线圈中部内径侧，其电场强度值为3.43 kV/mm，具有1.34倍的安全裕度，满足工作要求，电场强度分布如图8所示。计算X柱线圈到旁轭中部电场强度，在5分钟工频试验1100 kV电压下，计算所得最严重电场强度出现在线圈中部外径侧，其电场强度值为4.09 kV/mm，具有1.32倍的安全裕度，满足工作要求，电场强度分布如图9所示。

图8 X柱线圈中部到铁心饼

图9 X柱线圈到旁轭中部

计算X柱线圈上端部到铁心饼电场强度，在1分钟工频试验275 kV电压下，计算所得最严重电场强度出现在线圈上端部静电板内径侧，其电场强度值为3.64 kV/mm，具有1.54倍的安全裕度，满足工作要求，电场强度分布如图10所示。计算X柱线圈端部到旁轭电场强度，在1分钟工频试验275 kV电压下，计算所得最严重电场强度出现在线圈上端部静电板外径侧，其电场强度值为3.78 kV/mm，具有1.48倍的安全裕度，满足工作要求，电场强度分布如图11所示。

图10 X柱线圈上端部到铁心饼

图11 X柱线圈上端部到旁轭

由端部电场强度分布图形可以看出1100 kV特高压并联电抗器成型角环形状和绝缘纸板的布置在高场强区域出现的重要性，因此采用电场分析后设计的绝缘结构可以更好地防止端部绝缘沿面放电的产生。各关键部位最小安全系数如表2所示。

通过仿真计算，根据不同模型电场强度的计算结果，合理布置线圈端部成型角环尺寸、角环成型件及绝缘隔板分割油隙，在电场分布薄弱线饼增加线圈内垫纸条或小角环，确保高场强区具有足够的安全裕度。对于局部电场值较大的电极结构为防止放电情况的发生，可采用改善电极形状、加包绝缘小角环、增加绝缘厚度等措施，确保240 Mvar/1100 kV特高压并联电抗器绝缘结构满足要求。

表2 各部位电场强度和安全系数计算结果

4 结语

本文对1100 kV特高压并联电抗器主绝缘结构进行了研究，使用Maxwell软件分别计算了A柱线圈中部到铁心饼、到旁轭，A柱线圈上端部到铁心饼、到旁轭，X柱线圈中部到铁心饼、到旁轭，X柱线圈上端部到铁心饼、到旁轭的电场强度，计算结果满足工程的需要，验证了1100 kV特高压并联电抗器主绝缘结构的可靠性。

[1]李文平,王清璞.1000kV级240Mvar并联电抗器的研发[J].电力设备,2007(4):11-13.

[2]王征.高压并联电抗器在特高压电网中的应用[J].科技风,2016(8):173.

[3]宓传龙,汪德华,陈荣.1000kV特高压并联电抗器研制[C].特高压输电技术国际会议论文集1,2009:1-4.

[4]罗青林,谢德馨,钟俊涛.特高压1000kV变压器绝缘研究[J].变压器,2010(1):1-4.

MainInsulationElectricFieldSimulationofEHVShuntReactor

XIAO Peng

(Department of Electrical and Electronic Engineering, Yingkou College of Vocational Technology, Yingkou Liaoning 115000, China)

The current high-voltage grid construction is the direction of the development of the power system in our country, and the development of the high-voltage equipment is also imperative. Shunt reactor in national EHV ac transmission project plays an important role in the operation of the high voltage shunt reactor in work under the influence of all kinds of over-voltage, main insulation structure electric field simulation play an important reference for the design of the product. Simulation using Ansoft company Maxwell software for EHV shunt reactor coil and A column of X column coil respectively to the iron core is bread and yoke of electric field strength was calculated, the calculation results of safety margin meet the job requirements. Conclusion the simulation analysis of high voltage electrical products is of great value in engineering practice.

shunt reactor; main insulation; electric field simulation

TM472

A

2095-7602(2017)10-0011-05

2017-05-16

辽宁省“十三五”规划高教研究课题“服务‘中国制造2025’战略的高端技术技能人才培养研究——以高职电气类专业学生为例”(GHYB160232)。

肖 朋(1984- )，男，讲师，硕士，从事电机与拖动和电力系统供配电研究。