我国±800kV特高压直流输电线路外绝缘问题

我国已规划了多条±800kV特高压直流输电线路的建设,由于没有设计和运行经验,污秽、覆冰(雪)、酸雨(雾)和高海拔下的外绝缘选择将是其面临的关键技术之一。作者以国内外现有研究成果为基础,阐述了我国特高压直流输电线路外绝缘选择的特殊性,污秽、覆冰(雪)、酸雨(雾)和高海拔等对特高压直流绝缘子放电特性的影响,高海拔下长空气间隙的放电特性。指出污秽、覆冰(雪)、酸雨(雾)和高海拔是影响特高压直流输电线路绝缘子、空气间隙电气特性和外绝缘选择的重要因素,提出在应用现有方法进行特高压直流外绝缘选择时必须考虑污秽、覆冰(雪)、酸雨(雾)和高海拔的影响并加以修正。

±800kV特高压直流输电线路绝缘配合的差异化

在直流输电系统设计中,绝缘配合是直流线路设计的重要环节。为此对±800 kV输电线路的绝缘配合差异化进行了研究,给出了直流线路绝缘配合差异化技术的概念和方法,并分别就线路绝缘配置、导线对杆塔空气间隙距离和线路极间距离的差异化进行了研究。给出了不同污秽条件、不同海拔高度、不同绝缘子材质、不同绝缘子型号条件下,瓷绝缘子(I串、V串和耐张串)和复合绝缘子的差异化配置方案;确定了不同过电压倍数、不同海拔高度下导线对杆塔的空气间隙距离和最小极间距离;给出了不同污秽条件、不同海拔高度下的复合绝缘子串长和串长所需极间距离;确定了不同海拔高度、不同分裂间距、不同导线型号时,满足电磁环境限值要求所需的最小极间距离。研究结果可为±800 kV直流输电线路的差异化绝缘配合提供指导,对提高特高压直流输电线路的经济性和科学性具有重要意义。

±800kV典型直流设备电晕起始电压的海拔校正方法

电晕特性是影响输电线路和电力设备设计的一个重要方面。目前我国正在设计建设的±800kV直流输电工程要途经高海拔地区。随着海拔的增加和电压等级的提高,设备的电晕性能也变得更加复杂,因此需根据当地的海拔、气候等情况通过海拔校正的方法确定满足运行要求的设备基本尺寸。选择了多种±800kV输电工程用典型直流设备,包括换流站用管母线、屏蔽环和线路用6分裂导线及其金具等作为试品,在北京、西宁和拉萨3个不同海拔地区进行可见电晕对比试验。基于海拔0～4000m的试验结果拟合出指数形式和线性形式的校正公式,并结合现有标准中海拔校正公式进行了比较和分析。结果表明,指数形式的公式校正误差较小;考虑到工程简便实用,也可采用线性校正公式。最后给出了工程用的设备通用海拔校正公式,并针对不同设备推荐了适用的校正方法。

g参数修正法用于浙西±800kV换流站阀厅空气净距设计

±800 kV特高压直流换流站的阀厅空气净距设计是特高压直流工程实施中的关键技术之一。由于换流站阀厅内部有空调系统调节,大气密度、温度、湿度等都不同于标准气象条件。为此,采用g参数法对非标准气象条件下空气间隙的放电特性进行修正。该方法基于大气密度修正系数k1和湿度修正系数k2,系数k1和k2由阀厅气象条件和因子m、w共同确定,而因子m和w则取决于参数g。由于参数g在获得时需要通过待求的空气间隙距离d,因此该方法在应用过程中需要多次迭代计算。研究结果表明,采用最新的g参数曲线得到的空气净距略小于按照以往曲线所得结果,且由于误差限制该方法适用于海拔≤2000 m的修正。将该方法应用在浙西±800 kV特高压直流换流站的阀厅空气净距设计中,得到了阀厅内主要位置的最小空气净距,其中直流侧高压母线对地推荐最小空气净距≥8.7 m。

±800kV直流输电工程空气间隙放电特性试验及间隙距离选择

针对±800 kV直流输电线路直线塔真型尺寸模拟杆塔空气间隙进行了50%操作冲击和雷电冲击放电特性试验研究,给出了±800 kV杆塔最小间隙距离的推荐值;对±800 kV直流换流站典型极母线空气间隙进行了50%操作冲击放电特性试验研究,给出了±800 kV换流站典型电极最小间隙距离的推荐值。

±800kV直流输电线路雷击干扰短时窗电压均值识别方法

为快速准确地识别雷击干扰,分别对±800kV特高压直流输电线路的雷击未故障、雷击故障和接地故障进行了大量的电磁暂态仿真分析,并分析了±800kV特高压直流输电系统中控制系统的动作特性和边界元件的电压闭环传递特性。分析表明:在雷击故障或非雷击故障下,存在故障电流入地的集中参数通路,电压波形在5ms时窗内多次与零轴相交。在雷击未造成故障情况下,由于不存在故障电流入地的集中参数通路,保护安装处观测到的电压暂态波形在5ms时窗内围绕各极直流电压轴线上下交替变化并逐渐衰减至极电压轴线。因此,在雷击引起故障或非雷击故障情况下,5ms时窗内的电压均值较小;在雷击未引起故障情况下,5ms时窗内的电压均值接近于该极电压轴线值。基于此,利用5ms电压采样值直接计算均值,并将其作"归一化"处理,提炼出了基于短时窗电压均值的雷击干扰识别算法,该算法具有抗随机噪声能力强、可靠性高、计算速度快且兼有故障选极功能的特点,大量的PSCAD仿真结果表明,该算法有效。

±800kV特高压直流换流站阀厅金具的结构特点

±800 kV特高压直流换流站阀厅工程设计中,换流阀与换流变压器及穿墙套管之间采用管型母线连接方式,设备连接需采用特殊的管型母线连接金具。笔者通过对向家坝—上海、锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电工程换流站阀厅金具的结构介绍,阐述了阀厅金具的整体结构特点,分析了金具的载流量和耐热性、防电晕特性、机械强度的可靠性、外形尺寸以及连接形式等要求。通过实例介绍了5种常用的阀厅金具的结构细节及特点,为哈密南—郑州及溪洛渡—浙江等特高压换流站阀厅金具设计提供参考和借鉴。

±800kV特高压直流换流阀地震响应分析

位于地震高烈度区的换流站中换流阀塔的抗震性能对换流站的安全运行有重要意义。以?800 kV特高压直流换流站的高端换流阀厅及换流阀塔为原型,采用非线性弹簧单元模拟悬吊绝缘子,建立了有限元模型进行时程响应的分析计算。结果表明,地震作用下阀塔底部水平位移响应可超过1 m,绝缘子的非线性特性使得阀塔竖向加速度响应剧烈,阀层出现"弹跳"现象。阀厅对地震波的放大作用可增大阀塔的加速度响应,但对位移响应影响有限。由于阀塔的高阶局部振型频率与阀厅基频接近,阀厅与阀塔发生共振导致阀塔顶部水平加速度响应巨大。建议采用直径更大的悬吊绝缘子以防止屈曲,并采取措施限制阀塔底部的水平位移。

±800 kV特高压直流锡盟站换流阀运行试验及特殊试验

±800 kV锡盟—泰州特高压直流输电工程是中国大气污染防治行动计划的12个重点项目之一,换流站直流额定电压±800 kV,额定电流6 250 A,输电能力达到1万MW,是世界上第1条千万千瓦级的特高压直流输电工程。为保障直流输电系统运行的安全性与可靠性,在换流阀安装投运前产品必须通过型式试验的验证。西安高压电器研究院利用换流阀运行试验合成回路,模拟特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了锡盟站晶闸管阀的运行型式试验和附加特殊试验,验证了锡盟工程换流阀的设计可靠性,相关试验数据为晶闸管和换流阀的生产商及相关技术人员提供了设计参考。

±800kV直流复合绝缘子正方形耐张串均压环设计

为了系统研究±800kV特高压直流输电线路复合绝缘子的耐张串电场特性和均压环配置方案,以正方形四联复合绝缘子耐张串为研究对象,研究了不同布置方式、不同均压环形式下的耐张串电场分布。应用有限元方法建立了含自立耐张塔、分裂导线、耐张串绝缘子的三维模型并对其进行了电场计算,研究了均压环的几何参数对耐张串电场分布的影响规律。根据绝缘子和均压环表面电场强度控制的考虑,对不同布置方式的均压环配置进行了设计,并对比了不同的均压环设计方案。有限元计算结果表明,加装均压环后,绝缘子和均压环表面电场强度均满足设计要求。

溪洛渡—浙西±800kV特高压直流输电工程浙西换流站绝缘配合

±800 kV特高压直流换流站的绝缘配合设计是特高压直流工程实施中的关键技术之一,对换流站设备设计、选型、制造和试验具有重要的指导作用。基于特高压换流站绝缘配合方法,对溪洛渡—浙西±800 kV特高压直流输电工程逆变侧浙西换流站的绝缘配合进行研究,提出了浙西换流站避雷器配置方案和相应避雷器参数及保护水平,并根据推荐的绝缘裕度最终确定了换流站设备的绝缘水平,这些结果将为该特高压工程的建设提供重要依据,也可以为其他特高压直流工程的设计提供参考。

±800kV直流输电工程高端阀厅内部过电压仿真分析

换流站阀厅内部重要设备众多、空气间隙复杂、典型电极多,一直是±800kV特高压直流输电工程设计工作中的重点之一。研究阀厅内部过电压的分布和数值对科学、合理地设计阀厅具有重要意义。以±800kV向家坝—上海直流输电工程的仿真计算为基础,对系统在各种故障状态下的操作过电压进行了仿真研究和总结;结合换流站避雷器布置和送端复龙站高端阀厅内部空气间隙、电压关键点的实际位置和范围,得出了高端阀厅内部过电压的分布和最严重时刻数值。仿真结果表明,特高压直流输电阀厅内部过电压并非同一时刻出现,而是集中在几种严重故障发生时刻。

用合成回路进行±800kV向家坝-上海工程换流阀运行试验

±800 kV直流输电工程电压等级高,额定电流大,并且采用世界上首次在工程中采用的6英寸晶闸管。为了对800 kV换流阀进行有效的试验,采用了利用新开发的一套合成回路对800 kV换流阀进行试验的过程,试验可以模拟换流阀在实际运行中的各种运行状态。得到了向上工程换流阀运行试验的相关结果。试验结果证明向上工程换流阀设计完全满足要求,所有参数均高于工程设计水平。

±800kV同塔双回直流输电工程绝缘配合研究

随着特高压电网的不断建设,可供特高压输电线路经过的通道逐渐变得有限,线路走廊的矛盾日益突出。为提高现有输电走廊的利用效率,有必要研究±800kV特高压线路同塔双回输电技术。对换流站电气设备和架空输电线路的绝缘配合研究认为,换流站电气设备的绝缘水平,可与以往单回线的相同。对于±800kV同塔双回输电线工程,由于线路之间的互感作用,其参数会有所改变,对线路上的过电压水平产生一定的影响。±800kV同塔双回输电线路采用V形绝缘子串的悬挂方式,与中国以往±800kV单回V形绝缘子串水平排列的悬挂方式有较大的差别。分析研究表明,±800kV同塔双回输电线工程的空气间隙,决定于操作过电压。依据±800kV同塔双回输电线工程操作过电压仿真计算,以及±800kV同塔双回真型塔放电特性试验研究结果,进行了绝缘配合研究,推荐了±800kV同塔双回直流线路最小空气间隙距离。

±800kV/4750A特高压直流输电换流阀研制

中国电力科学研究院成功研制了具有完全自主知识产权的800 kV/4 750 A特高压直流换流阀,并通过了型式试验。分析换流阀研制所涉及的基础理论和关键技术。从工作原理、运行工况、电气拓扑和宽频模型等角度完成对换流阀的物理解构;研究换流阀设计开发工作所涉及的暂态电磁特性分析技术、非线性组件协调配合技术、晶闸管反向恢复过程的解析逼近与动态仿真模型、抗震设计技术、换流阀系统热力场分析与冷却技术、自适应换流阀触发监控系统等系列关键技术。从关键零部件、阀模块样机及阀塔样机研制3个层面分析换流阀样机的主要设计理念、设计原则和技术特点。