±1100kV特高压干式平波电抗器绝缘设计与试验分析

±1 100 kV干式平波电抗器作为±1 100 kV特高压直流输电工程关键主设备之一,肩负着抑制谐波、限制故障电流等作用。在±800 kV干式平波电抗器研制的基础上,根据±1 100 kV干式平波电抗器相关技术规范要求,对±1 100 kV干式平波电抗器的绝缘试验水平选取、绝缘设计、绝缘试验设置、试验方法、判断准则以及试验结果分析等方面进行研究。为验证平波电抗器的绝缘设计,对±1 100 kV干式平波电抗器进行了多次负极性全电压及截波雷电冲击绝缘试验和多次全电压中频振荡试验,±1 100kV干式平波电抗器在1 360 kV雷电冲击电压和1 050 kV中频振荡试验过程中,试品内部无烟雾、无异常声响,匝间无放电,试品表面无沿面闪络现象,未出现畸变现象,试验波形稳定,满足绝缘设计和技术规范的要求。试验结果表明:±1 100 kV特高压干式平波电抗器雷电冲击水平(1 360 kV)和中频振荡水平(1 050 kV)电压取值合理,绝缘设计可靠,满足雷电冲击和中频振荡设计要求,可为特高压干式平波电抗器的研发及设计提供参考依据。

±1100 kV特高压换流站支柱绝缘子屏蔽球参数优化设计

屏蔽金具是特高压换流站设备重要组成部分,其表面电场控制对换流站设备的正常运行有着至关重要的意义。为了实现±1 100 kV特高压换流站支柱绝缘子屏蔽金具的表面电场控制,以支柱绝缘子屏蔽球为研究对象,建立了3D有限元模型,采用静电场代替瞬态场计算获得屏蔽金具在操作冲击过电压下的表面电场分布,并讨论了屏蔽球形状、开孔倒角尺寸、开孔深度、倾斜角度等因素对冲击电压下金具表面电场分布的影响。计算结果表明:提出的"鼓形"金具设计方案,在冲击电压下可将表面最大场强控制在21 kV/cm以下,安全裕度较大;屏蔽球采用100 mm以上开孔倒角半径可有效降低底部电场强度。此外,适当降低开孔深度、减小倾斜角度也有益于控制屏蔽球底部场强。该研究成果为±1 100 kV换流站支柱绝缘子屏蔽金具的设计与安装提供了参考。

±1100 kV特高压直流输电线铁塔风致响应及风振系数研究

塔身高、横担超长及刚度不均匀是±1 100 k V特高压直流输电线铁塔的显著特征,与普通高压输电塔相比,其"头重脚轻"现象更为严重,风荷载的作用效应及风振响应更加复杂。通过运用Davenport风速功率谱模拟大气边界层的脉动风速,并考虑风荷载的空间相关特性,模拟分析B类场地43 m/s基本风速下该输电塔的风荷载时程;开展该铁塔风致响应的数值分析,研究其风振特点、顺风向风振系数计算方法及沿高度变化规律。基于风振响应分析可知:±1 100 k V特高压铁塔的风振系数沿高度并呈成线性分布,即在横担附近存在较大突变,与现有计算理论不相符;由于风振系数相关规范值忽略结构物外形、质量沿高度不均匀变化的影响,未能准确反映整塔风振系数沿高度的变化规律,且偏于不安全。

±1100kV特高压直流换流阀试验用高压直流串级发生器的绝缘耐压分析

为在实验室条件下进行±1 100 kV特高压换流阀绝缘型式试验,需要对用于试验的高压直流串级发生器能否满足绝缘耐压要求进行分析。利用ANSOFT SIMPLORER软件对装置进行电路理论分析计算以及利用ANSOFTMAXWELL有限元软件对其进行三维结构的电场强度仿真分析。仿真得到最大场强为22.62 kV/cm,与空气击穿场强25 kV/cm较接近,结果与装置输出1 843 kV时,装置顶部与实验室顶部钢梁间的空气间隙空气被击穿相吻合。为进一步降低场强,对装置进行优化分析,并得出优化后的电场强度最大值为20.66 kV/cm,低于空气击穿场强。因此认为,若不考虑空气温湿度等条件的影响,在现有试验室条件下,试验室设备具备±1 100 kV特高压换流阀绝缘耐压试验的能力。

1100 kV特高压套管地震模拟振动台试验

特高压套管具有较高的地震易损性,是变压器整体结构抗震性能的薄弱环节,其抗震能力直接影响着特高压变电站整体的抗震设防水准。该研究对1支1 100 k V特高压套管进行地震模拟振动台试验,通过输入白噪声随机波和人工标准时程波,测定套管的动力特性和关键部位的应变、加速度等地震响应。试验结果显示,套管瓷件部分最大应力低于瓷质材料破坏值,但套管金属部位安装法兰发生破坏,不满足设计基本地震加速度为3 m/s2的抗震设防要求。试验结果表明:在重视瓷件部分抗震性能的同时,应采取构造连接措施提高套管金属部件的刚度,从而提高设备整体的抗震性能,保证变电站抗震安全。

±1100kV换流站户内直流场巡检方案研究

±1 100kV是特高压直流输电工程中的全新电压等级,伴随电压等级的提升,系统过电压水平也相应有了显著的提高,空气净距大幅增加。出于对运检人员人身安全的考虑,1 100kV带电设备对人的安全净距应按照理论放电概率为0的距离校核,即33 m。如果考虑户内直流场允许运检人员进入,则会极大地增加建筑物的尺寸,造价高昂,同时由于巨大的空气净距要求使得运检人员无法靠近带电设备。为了解决这一矛盾,提出了一种双层屏蔽的护笼并阐述了其设计方案,基于这种护笼继而提出了地面巡视走道、地面巡视小车等两种巡检方案,通过这些方案,使得运行人员的安全要求得以满足,同时大幅节省了±1 100kV户内直流场的建造费用。

±1100kV直流特高压输电线路合成电场和离子流密度计算

为研究±1 100kV直流线路合成电场和离子流密度分布规律,采用Deutsch假设计算线路周围的空间合成电场和离子流密度,分析±1 100kV直流线路合成电场和离子流密度随导线对地距离、极间距、分裂间距及分裂数等参数变化时的分布规律。结果表明:合成电场和离子流密度随对地高度的增加而减少;合成电场和离子流密度在分裂间距取350mm达到最小;合成电场和离子流密度随分裂数的增加,减小趋势非常明显。

±1100kV特高压直流输电线路河网圩区铁塔组立施工工艺研究与应用

对昌吉-古泉±1 100kV特高压直流输电工程安徽段305km路径进行调查,沿线存在途径河网圩区质地疏松,塔材运输及堆放困难、进场道路狭窄、征地及环保要求高、水中作业点多、平行带电线路距离较长等施工难点。通过对铁塔结构特点及施工环境分析,利用预埋拉棒、设计夹具、优化运输路径、搭建水上场地做足施工准备;设计辅助人字抱杆配合现有摇臂抱杆,完成长34m、重26t的超级横担吊装,有效减少了作业留绳范围。对施工工艺进行了标准化配置和施工验算,研究形成了适用于±1 100kV电压等级的河网圩区铁塔组立施工工艺,在工程中得到应用。

±1100 kV换流站户内直流场智能巡检系统设计

提出±1100 kV换流站户内直流场智能巡检系统设计方案,满足±1100 kV特高压换流站户内直流场设备正常运行而产生的恶劣电磁环境下不进人设计的巡检要求。运行人员不需进入直流场内即可完成直流场主设备日常巡检,配置双重化的智能巡检设备和巡检设备人工回收的设计方案,既提高巡检的可靠性,又能保证在单套巡检设备出现故障时及时进行维修。设计方案提高了巡检工作的自动化程度,系统既能满足资产全寿命周期管理要求,又提高设备可靠性和电网安全性。

±1100 kV特高压直流换流站直流场设计选型

±1100 kV特高压直流输电工程是迄今为止世界上电压等级最高的直流输电工程。合理的直流场设计型式选择对于降低设备制造难度和成本、提升换流站运行可靠性具有重要的意义。基于准东-皖南±1100 kV特高压直流输电工程,文章从设备外绝缘要求、制造水平以及不同型式的技术经济比较进行分析,得出了推荐1100 kV特高压直流换流站直流场采用户内直流场设计的结论。

空间管桁架在±1100 kV户内直流场中的应用研究

[目的]超高大跨度结构在电力行业应用越来越多,其结构选型对工艺适应性及安全经济性意义重大。[方法]通过±1 100 kV昌吉换流站直流场工程实例,介绍了超高大跨不规则特高压户内直流场结构选型过程。根据户内直流场工艺布置及荷载特点,详细阐述了该户内直流场采用空间管桁架结构方案技术优势、结构布置特点及工艺适应性,介绍该户内直流场结构整体计算及主要构件的设计计算结果,并同网架方案进行了技术经济对比分析,展望了空间管桁架结构在超高大跨度不规则电力建筑中的应用前景和注意事项。[结果]对比分析结果表明:空间管桁架结构为空间自稳定系统,结构安全性好,工艺适应性强,加工安装方便,造型美观简洁。[结论]对于超高大跨度电力建筑可以优先考虑选用空间管桁架结构方案。

新型倒角工具在±1 100 kV吉泉线工程的应用

昌吉-古泉±1 100kV特高压直流输电工程,对工程建设施工质量和施工工艺提出了更高的要求。因传统形式的方形基础采用直角棱边处理,施工过程中极易被二次损伤,该工程要求全面开展基础倒角施工工艺。传统倒角工艺制作大都使用倒角条实施,能够较为美观的制作基础倒角,但采用倒角条制作的倒角往往会在倒角表面形成水泡,这样还是会极大地影响工艺美观。分析了传统方式气孔产生的原因后,研制该"新型倒角工具",解决传统倒角条制作的倒角存在较多气孔的难题。采用先排除气泡后压制倒角的工艺,采取倒角施工和基础顶面与水平倒角连接处收光同步开展的方法。大幅度提高了施工工效,提升了输电线路施工工艺水平,并在工程中成功应用,可在后续工程中推广应用。

±1100kV换流站直流母线导体选型与布置研究

±1 100kV特高压直流输电工程在工程应用中属于新的电压等级,对于换流站内直流母线的选型与布置在参考±800kV换流站的基础上做进一步的研究分析。针对±1 100kV直流极线户内布置的方案,对3种备选直流管母线(6063G-Φ400/380、6063G-Φ450/430、6063G-Φ500/480)进行了电磁环境的校核计算,并结合目前±1 100kV设备外形对导体的布置提出了推荐意见。研究结果表明:3种备选管母在对地高度15~25 m的范围内均不起晕,地面离子流密度以及磁感应强度满足相关规程规范要求;在对地高度不小于18 m时,3种管母线地面合成场强均小于25kV/m;管母线跨距不大于15 m的布置形式能满足管母线的破坏应力及挠度要求。综合考虑运行的安全可靠性以及工程的经济性,推荐采用6063G-Φ400/380管母线作为±1 100kV直流母线,并建议管母线对地高度不小于18 m,且管母线跨距不大于15 m。

特高压同塔双回线路产生的“100 Hz”纯声驻波研究

输电线路产生的＂100 Hz＂纯声（嗡嗡声）在雨天比较突出,在线路经过高海拔区域时有增加的风险。为了使居民区尽可能地避开＂100 Hz＂纯声驻波的波峰区域,对特高压同塔双回线路＂100 Hz＂纯声的分布规律进行了研究。采用美国EPRI提出的大雨条件下＂纯声＂声功率产生量,考虑了地面的反射和各相导线产生的声波之间的干涉,建立了输电线路＂100 Hz＂纯声的计算模型,获得了特高压同塔双回输电线路产生的＂100 Hz＂纯声的驻波分布规律;对大雨条件下,＂100 Hz＂纯声的测试数据进行了统计分析,并与计算结果进行了比较。研究结果表明：与A计权声级不同,同塔双回线路逆相序排列时,线路横断面上的＂100 Hz＂纯声分布不对称;幅值振荡缓慢衰减;距离线路较近时,相邻波峰之间距离较小;距离线路较远时,相邻波峰之间距离逐渐增大;距离线路边相数百m后,才会单调下降。

±1100kV特高压直流输电工程直流滤波器过电压与绝缘配合

直流滤波器是直流输电工程直流场的重要设备之一。详细分析了直流滤波器避雷器配置方案及参数选择过程,给出了避雷器参数选择的具体表达式。研究了对直流滤波器绝缘水平起决定性作用的故障工况:直流极线接地短路、直流极线侵入操作波;建立了这2种故障工况计算模型,模型中需要考虑故障点到直流滤波器高压端之间的故障电感。基于具体±1 100 kV特高压直流输电工程,对直流滤波器设备进行过电压计算。计算结果给出了滤波器各设备的最大暂态过电压,进而根据绝缘裕度确定了该特高压直流工程直流滤波器各设备最终的绝缘水平,为设备选型和制造提供依据。

±1100kV特高压直流支柱绝缘子关键技术

为了提高±1 100 kV特高压直流换流站外绝缘的安全性和可靠性,研究了±1 100 kV特高压直流支柱绝缘子的空气间隙外绝缘、污秽和机械强度等关键技术问题。根据±1 100 kV特高压直流支柱绝缘子技术参数,结合±800 kV特高压直流支柱绝缘子设计,提出了±1 100 kV特高压直流支柱绝缘子技术难题的解决方法,以期为±1100 kV直流支柱绝缘子提供设计依据,为工程的建设和运行提供技术支撑。

±1 100kV特高压换流变压器的主绝缘结构

对网侧绕组接1000kV交流、直流侧额定电压为±1 100kV的特高压换流变压器绕组布置方案进行了研究,分析了各主绝缘结构布置方案的优缺点,选出了最佳结构布置方案,并对其主绝缘结构电场进行了计算,计算结果表明,所推荐的绝缘结构布置合理,绝缘裕度满足工程要求。

±1100 kV直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管关键技术研究

±1100 k V直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管(以下简称±1100 k V直流穿墙套管)为目前世界电压等级最高的直流设备,也是直流输电系统中的关键设备。依托昌吉至古泉±1100 k V特高压直流输电工程,以±1100 k V直流穿墙套管为研究对象,建立了套管的三维物理模型,从直流绝缘材料、电场强度、机械强度及温度场等方面进行优化设计,并制造了±1100 k V直流穿墙套管样机。该样机顺利通过了全套型式试验验证,其各项性能指标均满足工程要求。通过该套管的研制,掌握了特高压直流SF_6气体穿墙套管的关键技术,并可以推广应用到其他电压等级产品中。

交流特高压晋东南变电站1 100 kV GIS接地系统设计

在我国特高压交流试验示范工程中,晋东南1 000 kV变电站采用的1 100 kV气体绝缘金属封闭开关设备(gasinsulated metal-enclosed switchgear,GIS),为世界上首次投入商业运行的特高压交流GIS。该设备的接地系统设计,因其电压高、容量大而具有新的特点,结合施工条件提出了设置辅助地网的概念。通过对GIS的结构布置、接地点数目和可能通过的工频短路电流、雷电冲击电流和特高频电流大小的分析计算,最终确定了辅助地网网格大小。

交流特高压开关设备容量试验

交流特高压输电工程用关键设备的可靠性,是系统安全稳定运行的必要保障。此类设备的运行工况复杂,仅依靠模拟计算无法实现其性能的有效考核。针对特高压开关设备容量试验,西安高压电器研究院有限责任公司在试验参数、试验回路方面进行了大量的研究,填补了国际国内关于特高压设备容量试验的一些空白,在实施特高压试验方面积累了一定经验。研究表明,对于断路器必须实施T100a和T100s(b)整极试验才能实现对其零区热效应及断口之间、母线对壳体之间的有效考核;容性电流试验中,压升必须满足标准要求才能有效考核短燃弧;针对输电回路中安装有串补装置的情况,必须对断路器实施附加试验。笔者主要就交流特高压输电工程用关键设备的容量试验开展情况进行简单介绍,包括试验所依据的标准、开展的试验项目、典型试验回路等。