±500kV直流输电工程换流站绝缘配合研究

±500kV直流输电工程换流站绝缘配合研究

张帆1陈飞2

张帆1陈飞2

（1国家电网国际发展有限公司北京100000；2国网山东省电力公司检修公司山东济南250000）

摘要：绝缘子作为电力系统主要的绝缘元件，主要承担机械连接和电气绝缘的作用。陶瓷和玻璃绝缘子具有良好的电气性能和机械性能以及稳定的化学性能，应用十分广泛。文章对±500kV直流输电工程换流站绝缘配合进行了研究分析，以供参考。

关键词：直流输电；换流站；过电压；避雷器；绝缘配合

1前言

随着我国电力系统建设的飞速发展，电力结构和电力负荷越来月趋向复杂化，电力系统最终有形成统一大电网的趋势，甚至已有学者提出构建全球能源互联网的构想。柔性直流输电系统可联系两个不同频率的或不要求同步运行的交流系统，稳定性好、控制灵活，特别适合远距离输电、跨海输电、大区域电网互联和非工频系统如风力发电等与工频系统相互连接，以及两个系统用交流连接稳定性不足的场合。多端直流输电技术能够实现多电源供电、多落点受电，运行方式灵活、能自如地调节电网电压、功角，从而在不改变现有电网结构的前提下提高输送容量、增加其稳定性，是未来直流输电的发展方向。复合绝缘子以有机高分子材料为基材，具有良好的耐污性能，且重量轻、耐冲击能力强，易于加工成复杂的绝缘结构，从而逐渐受到电力运行部门的青睐。变电站或者换流站内应用的绝缘子主要以支柱绝缘子和空心绝缘子为主。空心绝缘子主要指变压器套管、穿墙套管、电压/电流互感器、断路器和避雷器等设备的套管。

2换流站复合绝缘应用及雨闪事故

2.1南方电网换流站复合绝缘应用情况

自2000年±500kV天广直流输电工程单极投产以来，南方电网在运直流线路共有7条（天广直流、高肇直流、兴安直流、云广直流、普侨直流和牛从直流I/II回），共12座换流站，分别是广州站、天生桥站、高坡站、肇庆站、兴仁站、宝安站、楚雄站、穗东站、普洱站、侨乡站、牛寨站和从西站。（统计结果不包含单独起支撑绝缘作用的复合支柱绝缘子）。据不完全统计，南网地区在运复合绝缘设备共3329台，其中户外2341台，户内988台。户外交流复合绝缘设备1486台，户外直流复合绝缘设备855台，复合绝缘设备主要分布在换流变阀侧套管、穿墙/平抗出线套管、直流分压器/电压互感器、直流分流器/电流互感器、避雷器、直流断路器/刀闸/地刀、平波电抗器/滤波场电抗器、耦合电容器和滤波电容器等。其中，直流分流器/电流互感器和避雷器为主要复合绝缘设备，分别占40.25%和30.99%。天广、高肇和兴安直流工程换流站主要以瓷绝缘为主，复合绝缘设备仅分布在换流变阀侧套管、穿墙套管和平抗出线套管、直流分压器/分流器、电压和电流互感器，共占所统计复合绝缘设备的24%。楚穗、普侨和牛从直流工程换流站除在以上设备采用复合绝缘结构外，直流场断路器、隔离开关和地刀、交直流滤波场设备也大量采用，共占所统计复合绝缘设备的76%。

2.2南方电网换流站雨闪事故

由于高压复合绝缘设备的应用逐渐增多，近年来换流站复合绝缘问题逐步暴露，其中复合绝缘套管或支柱的雨闪问题引起了广泛的关注。导致设备雨闪的因素主要包括：伞裙参数不合理易形成水帘、表面污秽增强水帘导电率、伞裙憎水性下降形成污水膜。当雨水滴淋到脏污的设备伞裙表面时，污秽会被冲下，沿伞裙外边檐淌下形成污水帘。在较小的降雨量时，水帘或水柱不会使相邻2个伞裙“桥接”，而是在上伞裙下边檐到下伞裙上边缘之间形成多串并联的“污水帘+空气间隙”。降雨量越大，伞裙表面受雨量也越大，伞裙下边檐污水帘越长，空气间隙则越短，而此时设备外绝缘强度主要由该部分空气间隙而决定，当空气间隙不能承受过高的电压时，间隙击穿，众多伞裙单元空气间隙逐个击穿，最终导致整个外绝缘贯穿性闪络。因此，在运行环境无法改变的情况下，防止雨闪发生的重点是改善复合绝缘子的伞形参数。

3±５００ｋＶ直流输电工程换流站绝缘配合

3.1过电压分析

在高压直流输电工程中，换流站过电压可分为内部过电压和雷电过电压。内部过电压的幅值一般为交流系统工频相电压幅值的1.3-4倍。根据内部过电压的特点，内部过电压又可分为暂时过电压和操作过电压。通常，在幅值方面，操作过电压要高于暂时过电压，暂时过电压的幅值往往不超过系统工频相电压幅值的2倍。在作用时间方面，暂时过电压在较大幅值的最长维持时间为几秒，但操作过电压在较大幅值的维持时间通常为10ms左右。操作过电压产生原因大致包括空载线路切除、空载线路合闸、空载变压器切断、系统突然甩负荷、换流器换相失败等。雷电过电压是雷云对地上的建筑物、设备等放电造成的。尽管雷电过电压的幅值较大，但作用时间很短。在直流输电工程换流站中安装有大量避雷针，交直流侧线路和设备都装设有相关避雷器，再加上直流侧平波电抗器的抑制作用和换流变的屏蔽作用，雷电过电压不能侵入换流阀侧，因此在直流输电工程换流站过电压研究中，通常不将雷电过电压作为研究重点。

3.2绝缘配合和避雷器配置

高压直流输电工程换流站绝缘配合基本原则是：直流侧过电压由直流侧避雷器限制，交流侧过电压由交流侧相关避雷器限制，其它重要设备由专门避雷器直接保护。目前，高压直流输电均采用12脉动换流器。每个12脉动换流器由2个交流侧相位相差30°的6脉动换流器串联组成。对于6脉动换流器，当单阀导通时，换流变阀侧相间绝缘由1个阀避雷器保护；当阀不导通时，换流变阀侧相间绝缘通过感应至网侧的交流母线避雷器（Ａ）保护。对于操作冲击电压和工频电压而言，换流变阀侧相间电压是交流母线相间电压在阀侧的反映。换流变阀侧相间操作冲击绝缘水平的保守设计策略是将网侧交流母线相对地避雷器保护水平以变压器高压端最小分级头时的变比换算至阀侧，此保护水平记为Ａ′。对于Ｙｙ变压器，阀侧相间操作冲击绝缘水平为２Ａ′；对于Ｙｄ变压器，阀侧相间操作冲击绝缘水平为槡３Ａ′。２个６脉动换流器阀塔间的绝缘由２个串联的阀避雷器保护。±５００ｋＶ某电站送电广西直流输电工程每极装设平波电抗器的总电感量为３００ｍＨ，由３个１００ｍＨ电抗器串联组成，全部安装在极母线上。±５００ｋＶ某电站送电广西直流输电工程换流阀采用空气绝缘、双重阀悬吊式结构，即由２个单阀组成１个机械悬吊单元。每个１２脉动换流器包含６个阀塔。

4结束语

本文在分析高压直流输电工程换流站过电压的基础上，提出了±５００ｋＶ某电站送电广西直流输电工程换流站避雷器配置方案和换流站绝缘水平，并基于换流站设备的操作冲击耐受电压，对±５００ｋＶ某电站送电广西直流输电工程换流站阀厅空气净距进行了研究和计算，研究结果可为高压直流输电工程的设计和建设提供参考。

参考文献：

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