1200KV變壓器高壓引線絕緣電場的數值分析

摘要：根據1200KV變壓器高壓引線絕緣結構的特點，分別建立了高壓引線拐彎部位電場、靠近高壓繞組的屏蔽引線電場和高壓套管均壓球電場的模型，并利用有限元方法進行了二維平面和軸對稱場的數值分析，為合理設計和確定1200KV變壓器高壓引線絕緣結構提供了理論數據。
關鍵詞：變壓器　高壓引線　電場　數值分析
　　引言
　　隨著國內外電力工業的發展，電站及發電設
　　備的容量也在不斷增加，為了經濟合理地利用能源，進行遠距離輸電已不可避免，在國外，美國、意大利、俄羅斯等國家百萬伏級特高壓變壓器的研制已有近三十年的時間，并已具備生產能力和形成了百萬伏級特高壓輸電線路，在國內，專家預測我國在本世紀有望出現百萬伏級特高壓輸電線路，因此，進行百萬伏級變壓器的開發研究十分必要。根據天威集團公司并聯電抗器試驗要求和未來技術發展情況，公司于1999年立項并開始進行百萬伏級特高壓變壓器的研制工作，其中，1200KV高壓引線絕緣結構的確定和絕緣電場分析是研究的關鍵內容之一，因此，對于具有復雜的幾何形狀和三維復合絕緣結構的高壓引出線系統，在分析高壓引線結構并合理簡化的基礎上，建立工程上可求解的模型并進行絕緣電場的數值分析和結構優化十分重要。
　　1建立模型
　　研制變壓器的高壓側施加交流工頻1390KV的電壓，高壓出線方式可以采取可卸式引出線結構或直接式引出線結構。本文針對前者建立模型和分析，如圖1為可卸式引出線典型結構圖，由

　　圖1高壓可卸式引線結構示意圖
　　圖可知，高壓引出線絕緣結構的分析實際上是一個含有油、紙絕緣和金屬電極在內的多介質、復雜幾何結構形狀的三維電場問題，但在滿足工程結構設計要求的前提下，為了減少計算工作量和縮短計算周期，對高壓引出線絕緣結構的電場分析進行合理簡化十分必要，為此，作者分別建立了如下三個可求解的模型：
　　（1）高壓引線拐彎部位的平面電場模型(下稱模型1，圖1中APBCDEFGQHA區域）；
　　第一類邊界條件：①邊界PB、BC、CD、DE、FG、GQ，電位為0.0kV；②高壓引線電極及套管均壓球，電位為1390kV；其余為二類邊界條件.
　　（2）靠近高壓繞組的屏蔽引線軸對稱電場模型(下稱模型2，圖1中APBCNMIA區域）；
　　第一類邊界條件：①邊界PB、BC、CN，電位為0.0kV；②高壓引線電極，電位為1390kV；其余為二類邊界條件.
　　（3）高壓套管均壓球的軸對稱電場模型(下稱模型3，圖1中KLGOK區域）;
　　第一類邊界條件：①邊界LG，電位為0.0kV；②高壓引線電極及套管均壓球，電位為1390kV，瓷套表面電位按線性分布考慮；其余為二類邊界條件.
　　2數值分析
　　利用有限元方法，分別計算了高壓引線拐彎
　　部位、靠近高壓繞組的屏蔽引線和高壓套管均壓球三個模型的電場分布。根據模型1可以確定高壓引出線結構的電場整體分布近似解和電場較集中的發生部位；利用模型1的數值分析結果和模型2、模型3，可以給出局部電場集中部位較詳細的數值分析結果。
　　2.1高壓引線拐彎部位平面電場模型的數值分析
　　如圖2是高壓引線拐彎部位電場（含靠近高壓繞組的屏蔽引線部位）的等位線分布圖，計算

　　圖2高壓引線拐彎部位電場(含屏蔽引線)的等位線分布
　　結果表明，在靠近高壓繞組的屏蔽引線部位和高壓套管均壓球部位的電場分布較集中，其局部最大電場強度發生位置分別在靠近高壓引線的屏蔽上下拐角部位和套管均壓球圓角部位，其最大電場強度值分別為8.42kV/mm和3.62kV/mm。
　　2.2靠近高壓繞組的屏蔽引線軸對稱電場模型的數值分析
　　從圖1可知，靠近高壓繞組的屏蔽引線絕緣結構具有軸對稱性，因此，模型2較模型1更能準確地反映實際的電場分布，為進一步確認兩種模型電場強度計算結果的數量關系，在相同的計算條件下，表1給出了模型1和模型2在相同位置電場強度計算結果的比較。從表中數據可知，雖然模型1和模型2在點1~點4的最大場強值接近，但平面場模型1的結果與同軸圓柱電場隨半徑增加而減小的關系不一致，因此，模型1不能給出靠近高壓繞組的屏蔽引線較準確的電場分布結果。
表1 模型1和模型2的電場強度結果比較（Kv/mm）
位置 　　引線電極附近 屏蔽電極附近
　　　　　　　　點1 點2 點3 點4

　　圖6均壓球直線部位的最大場強隨升高座內徑的變化
　　3結論
　　對1200KV變壓器高壓引出線結構分別建立
　　了不同部位的簡化模型，并對模型本身和結構尺寸對計算結果的影響做了分析比較；通過絕緣電場的數值分析，得到了最大電場強度值及其發生部位，并初步確定了1200KV高壓引出線的絕緣結構尺寸。