直流穿墙套管的设计研制及分析

2017/11/17 14:47:28   浏览量:42

摘 要: 根据直流穿墙套管的技术要求, 对直流套管的内外绝缘机理进行了初步分析和探讨, 据此提出了直流穿墙套管的设计方案和设计参数, 研制生产了250kV交、直流穿墙套管。


1 前言

我国目前已有葛洲坝— 上海± 500kV、浙江舟山100kV直流输变电线路建成投运,广西天生桥至广东北郊± 500kV 直流输变电工程也正在施工建设, 举世瞩目的三峡电站也将采用二回± 500kV 直流输电线路。据悉, 云南省将要建设的小湾水电站也在考虑采用直流± 600kV 输电线路。直流输电在全国电网中的比例正在增加。为研究了解在高海拔地区高压交、直流输电线路的特性, 云南省电力试验研究所决定在高海拔地区建立交、直流污秽试验室,进行高海拔地区交、直流输电方面的研究工作。该试验室需用一只250kV交、直流两用的穿墙套管, 经协商由南京电瓷总厂进行研究制造。该穿墙套管的主要技术参数列于表1本文就该交、直流穿墙套管的直流方面性能进行了研究分析, 对直流穿墙套管的设计生产进行了初步的探讨。

直流穿墙套管的设计研制及分析

2 直流穿墙套管内绝缘的设计分析

2. 1 内绝缘结构形式的确定及初步验算根据国外有关资料的分析, 直流套管的内绝缘亦可采用类似于交流套管中油纸绝缘电容芯子那样的绝缘结构形式。另外, 根据国内有关资料介绍, 我国舟山100kV 直流输变电线路中所用的直流穿墙套管, 采用的是国产CR-220 /630Z型220kV 等级增强型交流穿墙套管,从1987年开始至今已安全运行10年以上, 虽然裕度有点过大, 但说明了交流套管的内绝缘形式用于直流电压是可行的。

根据上述分析, 结合本厂实际情况, 对该穿墙套管我们选择了类似于交流套管中油纸绝缘电容芯子这种形式作为套管的内绝缘。这种内绝缘在直流电压下, 由铝箔作为极板, 油浸纸作为极板间介质的同轴圆柱形串联绝缘体, 相当于一个串联的电阻器, 通过控制其中各电阻的数值, 也可使该绝缘体的径向和轴向的直流电场分布均匀。

我们知道, 在直流电压情况下, 产品的静态直流电位分布由绝缘材料的电阻率所决定。为了定量计算出绝缘芯子内部的直流电场的分布, 我们假定芯子内部的电阻率在芯子内部各处都是相同的, 根据上述串联电阻器的模型, 我们可以计算出芯子内部的直流电场分布, 其计算结果见图1。而相同的芯子计算出的交流电场分布亦同时列于图1。

从该图我们看出, 套管的该类型绝缘芯子在直流电压下, 假如电阻率各处相等, 那么直流电场分布与交流电场分布趋势是相似的

直流穿墙套管的设计研制及分析

图一

根据试验研究, 我们还知道油浸纸绝缘材料在直流电压下的电气强度同厚度的关系, 与工频电压下的情况也相似, 其短时击穿强度大约是工频电压下的2倍。

根据这些试验结果, 我们考虑, 对于直流状态下的电气强度分析, 可以类比交流状态下的电气强度进行。根据这样的观点, 经计算, 在直流电压下这个绝缘芯子的250kV 电压下的最大场强为3. 65kV /mm, 而此处的交流电压下起始局放场强为6. 31kV /mm。如假设此处的直流耐受场强为交流的2倍, 那么在250kV直流电压下, 该绝缘芯子的绝缘裕度大约为: 6. 31× 2 /3. 65= 3. 5。

2. 2 介质的电阻率和极性变换对内绝缘芯子的影响及其计算

套管运行时, 由于传输电流的通过, 使得套管的导电管发热, 因而降低邻近的油纸绝缘的电阻率和电应力, 使绝缘芯子内部的电阻率分布不均。当绝缘介质的极性变换时,电场在暂态过程期间改变成一个新的稳定状态的直流电场, 这个过程可能导致临时的过载, 也就是具有更低电阻率的材料自身放电比相邻材料更快, 导致相邻材料承担更高的电压。这样的一种直流电压作用的情况, 可以定性的模拟成具有三种不同RC时间常数相叠加的材料进行分析, 如图2所示。这三种材料的时间常数假定为T1= 100s, T2=1 000s, T3= 10s,第三种材料紧靠着导电管。并假设C1= C2= C3 , 初始电压: U1= U2= U3=13Utot。在这个例子中, C3迅速放电, 导致C1、C2充电, 使U1 ( t ) 的暂态电压在30s后达到125%13Utot。

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