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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发展、电网容量的扩大、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行和各类标准的要求。因此，对于运行在500kV超高压输电线路上的一些电力设备必须采取防电晕措施，均压屏蔽环能够改善电力设备的电压分布，增加防电晕性能和降低无线电干扰电压。1线路阻波器的工作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超高压输电线路运行时，阻波器绕组端部和吊架的边缘就要放电，即产生电晕现象；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(GB)均规定阻波器的电晕起始电压至少比线路阻波器所连接的输电网的最高相电压(Um／3三相系统)高15%，表1为国标GB7330规定的线路阻波器电晕产生电压(即无线干扰试验电压)。为使500kV超高压输电线路运行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，使其能够屏蔽阻波器的端部电压，提高阻波器的电晕起始电压。2结构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，阻波器运行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。若阻波器均压环为闭合回路，在环中将形成环流，这不仅引起损耗，使均压环发热，而且环流产生的磁场与阻波器主线圈的磁场交链，其结果将改变阻波器的性能，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连接方法，制造了分段式均压环，其安装和结构如图1所示。图中1为均压屏蔽环；2为绝缘连接件；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点连接，分段处用绝缘连接件连接，其作用是保证段间的绝缘耐压水平和均压环的机器强度；图2为均压环绝缘连接件的形状，其作用是将分段的铝环连接成圆环，绝缘连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器电压，使阻波器表面电压均衡，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距离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连接图图1(b)均压屏蔽环平面结构图图2均压环绝缘连接件表1GB7330中系统电压与无线电干扰及试验电压的关系kV系统电压无线电干扰试验电压额定电压系统最高电压3540.527636946110126842202521673303632415005503653理论计算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)，计算阻波器均压环表面的电场强度［1］，当电场强度达到空气击穿场强时，均压环表面开始放电，即出现电晕现象，对照图3(示意图)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均压环计算示意图由式(1)计算的电场强度必须小于空气的击穿场强3kV/mm，若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。本文制造的均压环表面电场强度计算值为2.62kV/mm。3.2连接件绝缘长度的确定运行时阻波器的磁场在均压环中产生感应电动势，为避免两铝管端部的空气被感应电动势击穿而形成爬电，均压环两段铝管间应有足够的距离，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Φ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距离；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。由结构设计和理论计算可知，设计的500kV输电线路3150A-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，均压环分为4段，每段电压9.75kV，绝缘连接件凸台的长度为5mm，按式(4)计算电场强度为1.95kV/mm，3kV/mm，因此在短路时绝缘连接件处能够满足要求，主要尺寸见表2。表23150A-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193217291795185020024制作工艺制造均压环时不但要考虑其机械性能，更重要的是考虑其电气性能，机械性能靠铝管材的壁厚和绝缘连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，制造中应注意铝管材的加工和均压环的表面处理。4.1铝管材的加工由于铝材的机械强度比其它金属(如钢)的强度低，铝管加工时如不注意，铝管材表面就可能出现凹凸不平的表面，加工方法是：在弯管机上弯管前，将铝管表面刷上一层机油，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，表面光滑没有凹凸现象。4.2均压环的表面处理均压环制造中，若均压环铝管的表面、铝管与绝缘连接件接触处和铆钉头部处理不好产生尖角，造成均压环表面的电压分布不均，而引起放电。为了避免这些情况发生，均压环表面、绝缘连接件的连接部位和铆钉头部需用细砂纸进行仔细摩擦，以使这些部位光滑，必要时用木炭对这些部位进行反复的摩擦，以使均压环表面的光洁度达到要求。我所于1996年研制了500kV输电线路带均压环的阻波器2500—1.0/50、2500—1.0/63和3150—1.0/63样机，1996年10月10日3台样机在荷兰KEMA大功率试验站一次通过动热稳定试验，试验时气压P=101.8kPa,td＝14.0℃，tw＝10.0℃随后于1997年3月4日对以通过动热稳定试验的样机在电力科学研究院进行高压试验，其试验结果如表3和表4所示(电晕起始电压比电晕熄灭电压高，试验中以熄灭电压为准)。经高压试验证明，阻波器防电晕性能和无线电干扰电压完全满足500kV输电线路运行的要求，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XZK—2500—2.0/50六台阻波器产品投入运行，经过夏季雷雨的考验，至今运行正常。证明了阻波器均压环能够满足实际运行的要求。表3电晕熄灭电压试验结果kV规定值实测值试验结果ⅠⅡⅢⅣⅤ平均值≥365385375380378380380通过表4无线电干扰电压试验结果施加电压/kV背景干扰水平/μV无线电干扰电压/μV试验结果规定值实测值规定值实测值3655020≤1000340通过5结论a.研制的500kV输电线路阻波器均压环有良好的电气和机械性能，试验和实际挂网运行结果表明，能够满足500kV输电线路安全运行的要求。b.采用分段式线路阻波器均压环，避免了均压环中的感应电压形成电流，减少了均压环的损耗，较好的解决了阻波器均压环对阻波器阻塞性能的影响。c.要求均压环表面光滑，对其表面进行严格的处理。