500kV输电线路阻波器均压屏蔽环的研制

1、.：.；500kV输电线路阻波器均压屏蔽环的研制叶占刚0引言随着电力系统的开展、电网容量的扩展、输电线路电压等级的提高，线路上所用设备的电压分布、防电晕性能及无线电干扰电压难能满足运转和各类规范的要求。因此，对于运转在500kV超高压输电线路上的一些电力设备必需采取防电晕措施，均压屏蔽环可以改善电力设备的电压分布，添加防电晕性能和降低无线电干扰电压。1线路阻波器的任务条件和均压环的作用线路阻波器串联在输电线路上，当线路阻波器在500kV超高压输电线路运转时，阻波器绕组端部和吊架的边缘就要放电，即产生电晕景象；电晕不但对阻波器的绕组和吊架有腐蚀作用，而且对周围环境产生无线电干扰，因此IEC和国标

2、(GB)均规定阻波器的电晕起始电压至少比线路阻波器所衔接的输电网的最高相电压(Um3三相系统)高15%，表1为国标GB7330规定的线路阻波器电晕产生电压(即无线干扰实验电压)。为使500kV超高压输电线路运转的线路阻波器满足国标的规定，须在阻波器的两端安装均压环，使其可以屏蔽阻波器的端部电压，提高阻波器的电晕起始电压。2构造设计阻波器的均压环与其它电力设备(如绝缘子上的均压环)不同，由于阻波器串联在输电线路上，电流很大，阻波器运转时要产生较大的磁场，均压环安装在阻波器的两端，其磁场将穿过均压环，产生感应电动势。假设阻波器均压环为闭合回路，在环中将构成环流，这不仅引起损耗，使均压环发热，而且环

3、流产生的磁场与阻波器主线圈的磁场交链，其结果将改动阻波器的性能，引起阻波器阻塞性能的变化，因此，阻波器均压环决不能是闭合回路。在设计500kV线路阻波器均压环时，我们根据阻波器吊架的支承数和均压环与吊架的衔接方法，制造了分段式均压环，其安装和构造如图1所示。图中1为均压屏蔽环；2为绝缘衔接件；3为阻波器铝吊架；4为阻波器主线圈；5为铝铆钉。图1为4段式均压环，它与吊架有4点衔接，分段处用绝缘衔接件衔接，其作用是保证段间的绝缘耐压程度和均压环的机器强度；图2为均压环绝缘衔接件的外形，其作用是将分段的铝环衔接成圆环，绝缘衔接件凸台部的高度与均压环所用铝管的厚度相等。由于阻波器均压环的作用是屏蔽阻波

4、器电压，使阻波器外表电压平衡，因此阻波器均压环的中径不能小于阻波器的最大外径，安装在阻波器上下吊架上的均压环之间的间隔 大于阻波器的最大轴向尺寸；均压环外径和均压环所用铝管尺寸，根据线路电压等级和均压环的直径计算确定，铝管厚度根据机械性能和加工性确定。图1(a)均压屏蔽环与阻波器的衔接图图1(b)均压屏蔽环平面构造图图2均压环绝缘衔接件表1GB7330中系统电压与无线电干扰及实验电压的关系kV系统电压无线电干扰实验电压额定电压系统最高电压3540.527636946110126842202521673303632415005503653实际计算3.1均压环所用铝管材的计算均压环的起晕电压的计算

5、方法是根据国标规定的电压值(即500kV输电系统最高相电压的1.15倍)，计算阻波器均压环外表的电场强度1，当电场强度到达空气击穿场强时，均压环外表开场放电，即出现电晕景象，对照图3(表示图)其计算方法为：(1)式中 u为规定的电压值；R为阻波器均压环半径；r为阻波器均压环铝管材半径；E为电场强度。图3均压环计算表示图由式(1)计算的电场强度必需小于空气的击穿场强3kV/mm，假设电场强度大于空气的击穿场强3kV/mm，在均压环中径一定的情况下，应重新选择铝管材。本文制造的均压环外表电场强度计算值为2.62kV/mm。3.2衔接件绝缘长度确实定运转时阻波器的磁场在均压环中产生感应电动势，为防止

6、两铝管端部的空气被感应电动势击穿而构成爬电，均压环两段铝管间应有足够的间隔 ，以保证两段铝管间的绝缘强度，其绝缘强度的计算方法根据恒定电场的计算公式为2：(2)(3)(4)式中 为阻波器磁场穿过均压环的磁通量；B为阻波器产生的磁场强度；e为阻波器磁场在均压环中产生的感应电动势；E为空气的击穿电场强度3kV/mm；l为两段铝环间的最小间隔 ；u为两段铝环间的电压。计算时两段铝环间的电压应等于阻波器磁场在均压环中产生的感应电动势除以均压环的段数。由构造设计和实际计算可知，设计的500kV输电线路3 150A-1.0mH线路阻波器均压环，在63kA短路电流的作用下，均压环中的感应电动势为39kV，均

7、压环分为4段，每段电压9.75kV，绝缘衔接件凸台的长度为5mm，按式(4)计算电场强度为1.95kV/mm，3kV/mm，因此在短路时绝缘衔接件处可以满足要求，主要尺寸见表2。表2 3150A-1.0mH线路阻波器和均压环的主要尺寸mm线路阻波器阻波器均压环最大高度最大外径中径外径上下环间距1 9321 7291 7951 8502 0024制造工艺制造均压环时不但要思索其机械性能，更重要的是思索其电气性能，机械性能靠铝管材的壁厚和绝缘衔接件的机械强度来保证，电气性能靠特殊的工艺制造来保证；为了保证均压环的电气性能，制造中应留意铝管材的加工和均压环的外表处置。4.1铝管材的加工由于铝材的机械

8、强度比其它金属(如钢)的强度低，铝管加工时如不留意，铝管材外表就能够出现凹凸不平的外表，加工方法是：在弯管机上弯管前，将铝管外表刷上一层机油，弯铝管时，每次弯的弯度尽量小些，保证弯出的管不是椭圆管，外表光滑没有凹凸景象。4.2均压环的外表处置均压环制造中，假设均压环铝管的外表、铝管与绝缘衔接件接触处和铆钉头部处置不好产生尖角，呵斥均压环外表的电压分布不均，而引起放电。为了防止这些情况发生，均压环外表、绝缘衔接件的衔接部位和铆钉头部需用细砂纸进展仔细摩擦，以使这些部位光滑，必要时用木炭对这些部位进展反复的摩擦，以使均压环外表的光洁度到达要求。我所于1996年研制了500kV输电线路带均压环的阻波

9、器25001.0/50、25001.0/63和31501.0/63样机，1996年10月10日3台样机在荷兰KEMA大功率实验站一次经过动热稳定实验，实验时气压P=101.8kPa,td14.0，tw10.0随后于1997年3月4日对以经过动热稳定实验的样机在电力科学研讨院进展高压实验，其实验结果如表3和表4所示(电晕起始电压比电晕熄灭电压高，实验中以熄灭电压为准)。经高压实验证明，阻波器防电晕性能和无线电干扰电压完全满足500kV输电线路运转的要求，均压环设计合理。1998年5月在贵阳电厂和安顺电厂的500kV输电线路上有XZK25002.0/50六台阻波器产品投入运转，经过夏季雷雨的考验，至今运转正常。证明了阻波器均压环可以满足实践运转的要求。 表3电晕熄灭电压实验结果kV规定值实测值实验结果平均值365385375380378380380经过表4无线电干扰电压实验结果施加电压/kV背景干扰程度/V无线电干扰电压/V实验结果规定值实测值规定值实测值36550201 000340经过5结论a.研制的500kV输