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        ±1100kV換流站直流金具結(jié)構(gòu)分析

        2020-08-10 08:45:03李俊輝盧鵬旭王文豪趙重陽(yáng)
        關(guān)鍵詞:閥廳鋁絞線通流

        李俊輝 盧鵬旭 王文豪 趙重陽(yáng)

        摘 要:該文根據(jù)以往±500 kV、±660 kV和±800 kV換流站閥廳和直流場(chǎng)金具的調(diào)研情況,結(jié)合±1 100 kV換流站特點(diǎn),對(duì)±1 100 kV閥廳和直流場(chǎng)極線金具屏蔽模塊及通流模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,提出設(shè)計(jì)建議。

        關(guān)鍵詞:±1 100 kV換流站;直流金具;模塊設(shè)計(jì)

        中國(guó)分類(lèi)號(hào): TM723? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言

        換流站閥廳和直流場(chǎng)設(shè)備眾多,連接方式多種多樣,連接金具一般由固定支撐金具、伸縮導(dǎo)流金具及均壓屏蔽金具組合而成,組合金具從功能上可以分為通流部分、屏蔽部分和機(jī)械支撐部分三大模塊,電流和電壓等級(jí)的提升對(duì)金具通流模塊和屏蔽模塊提出了更高的要求,該文根據(jù)對(duì)以往±500 kV、±660 kV和±800 kV換流站閥廳和直流場(chǎng)金具調(diào)研情況,結(jié)合±1 100 kV換流站特點(diǎn),提出±1 100 kV換流站閥廳和戶(hù)內(nèi)直流場(chǎng)極線金具通流模塊及屏蔽模塊的設(shè)計(jì)方案。

        1 直流金具調(diào)研

        換流站直流金具的主要類(lèi)型有屏蔽金具、通流金具等。在電壓等級(jí)較低時(shí),如中性線、接地極區(qū)域,金具主要考慮采用外部倒角的方法防電暈,不需要增加專(zhuān)門(mén)的均壓裝置[2]。隨著電壓等級(jí)的提升,金具主要采用均壓環(huán)和均壓球屏蔽結(jié)構(gòu),均壓環(huán)由直徑80 mm增大到300 mm,均壓球直徑從直徑1 000 mm增加到1 800 mm。通流金具隨著輸電容量的增加,考慮到電流的增大和導(dǎo)線防電暈要求,分裂數(shù)從四分裂增加到八分裂,導(dǎo)線規(guī)格也從JL-630提高到JL-1250?!?00 kV/5 000 A、±800 kV/6 250 A換流站閥廳二通、三通金具通流軟導(dǎo)線選擇了8×JL-900或6×JL-1120鋁絞線。

        2 ±1 100 kV特高壓直流工程特點(diǎn)

        電壓由±800 kV提升到±1 100 kV,相應(yīng)極線操作沖擊耐受電壓也由1 600 kV 提升至2 100 kV。由于放電特性曲線的飽和特性,操作沖擊條件下要求安全空氣凈距會(huì)有極大增加。以棒板間隙為例,操作沖擊耐受電壓1 600 kV條件下,最小安全空氣凈距為9 m左右,操作沖擊耐受電壓2 100 kV條件下,最小安全空氣凈距增加了100%為18 m左右。在±1 100 kV直流工程中,由于輸電電壓的提升,直流場(chǎng)極線部分由戶(hù)外安裝改為戶(hù)內(nèi)安裝,電氣布置更加緊湊。電壓和設(shè)備安裝環(huán)境的變化對(duì)均壓裝置的尺寸和外形設(shè)計(jì)提出了更高的要求。均壓裝置尺寸增大,結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,加工難度也隨之增大,加工精度和表面質(zhì)量都難以保證。所以,不能簡(jiǎn)單通過(guò)放大均壓裝置尺寸來(lái)滿足±1 100 kV工程的要求,必須要對(duì)金具外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),例如從單一球結(jié)構(gòu)變化為復(fù)雜的空間曲面結(jié)構(gòu),以降低均壓裝置的表面場(chǎng)強(qiáng)。

        3 ±1 100 kV直流金具屏蔽模塊設(shè)計(jì)分析

        從對(duì)以往直流工程的調(diào)研情況來(lái)看,±800 kV換流站閥廳金具防電暈措施一般采用在通流金具和支撐金具外面設(shè)計(jì)屏蔽球的方法,直流場(chǎng)金具一般采用加裝均壓環(huán)的方法?!? 100 kV換流站相比±800 kV換流站電壓等級(jí)更高,相應(yīng)極線操作沖擊耐受電壓也由1 600 kV 提升至2 100 kV,而且直流場(chǎng)極線部分采用了戶(hù)內(nèi)布置的形式,相對(duì)應(yīng)的閥廳和直流場(chǎng)金具屏蔽模塊結(jié)構(gòu)也應(yīng)有較大的優(yōu)化設(shè)計(jì),以滿足±1 100 kV直流工程的電氣性能的要求。對(duì)于±1 100 kV直流工程來(lái)說(shuō),直流場(chǎng)極線金具與閥廳金具連接形式及防電暈特性相似,對(duì)戶(hù)內(nèi)直流場(chǎng)和閥廳金具屏蔽模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),支柱絕緣子、懸垂絕緣子及換流變、穿墻套管及避雷器等設(shè)備連接金具的屏蔽模塊均采用鼓形屏蔽罩、鼓形和球形組合屏蔽罩(上半部分為鼓形,下半部分為球形,或者上半部分為球形,下半部分為鼓形的組合屏蔽罩)代替±800 kV換流站的球形屏蔽罩。

        分別對(duì)2 m球形屏蔽金具和2 m鼓形金具建立三維模型,模擬球形金具和鼓形金具距地、距墻和屋頂都為12 m,加載直流電壓為±1 100 kV進(jìn)行電場(chǎng)仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2所示。從仿真計(jì)算結(jié)果可以看出,屏蔽球?qū)Φ氐淖畲髨?chǎng)強(qiáng)通常位于屏蔽球距離地面最近位置,如果采用支柱絕緣子或者懸吊絕緣子時(shí),需在該位置進(jìn)行開(kāi)洞和倒角處理,進(jìn)一步加劇該部位電場(chǎng)強(qiáng)度分布的劣化,對(duì)比同尺寸的球形屏蔽金具和鼓形屏蔽金具,鼓型金具該位置的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)明顯低于球形金具,可有效降低屏蔽裝置該區(qū)域的表面電場(chǎng)[3]。由于±1 100 kV極線上設(shè)備及金具表面電場(chǎng)處于深度飽和狀況,極易發(fā)生放電,為了改善均壓裝置的表面場(chǎng)強(qiáng),增大設(shè)備的安全系數(shù),建議±1 100 kV極線上的屏蔽裝置采用鼓型金具。

        4 ±1 100 kV直流金具通流模塊設(shè)計(jì)分析

        該文選取典型的管母接續(xù)金具通流模塊二通、三通金具進(jìn)行設(shè)計(jì)。二通、三通金具由管母抱箍和鋁絞線焊接而成,管母抱箍大小主要取決于管母線直徑及額定電流[1]。針對(duì)±1 100 kV換流站,額定電流6 250 A,二通金具通流模塊的設(shè)計(jì)包括管母抱箍和通流軟導(dǎo)線選擇及布置方式設(shè)計(jì)。考慮到通流軟導(dǎo)線的變形難易程度、布置的美觀性以及經(jīng)濟(jì)性,選擇8根鋁絞線作為通流軟導(dǎo)線,充分考慮通流裕度,該文設(shè)計(jì)中選擇8×JL-1000鋁絞線作為通流軟導(dǎo)線,管母直徑為Φ350。繪制二通通流金具三維模型如圖3所示。

        設(shè)計(jì)3套金具模擬YY側(cè)換流變套管金具、懸吊金具和上閥塔金具組成串形。如圖4所示,YY側(cè)換流變套管金具和懸吊金具通流模塊軟導(dǎo)線采用8×JL-1000鋁絞線,上閥塔金具通流模塊軟導(dǎo)線6×JL-1120鋁絞線,對(duì)組裝成串形金具進(jìn)行溫度場(chǎng)仿真計(jì)算,對(duì)比8×JL-1000鋁絞線與6×JL-1120鋁絞線溫度場(chǎng)情況。從圖5和圖6計(jì)算結(jié)果中可以看出上閥塔金具的6×JL-1120鋁絞線的電流密度較大,溫升最高,通流能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有8×JL-1000鋁絞線組成的換流變套管金具和懸吊金具的通流能力強(qiáng)。

        5 結(jié)論

        對(duì)于屏蔽模塊,建議±1 100 kV極線上的屏蔽裝置采用鼓型金具。

        對(duì)于通流部分建議采用8×JL-1000鋁絞線作為通流導(dǎo)線。

        參考文獻(xiàn)

        [1]丁永福,王祖力,張燕秉,等.±800 kV特高壓直流換流站閥廳金具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J].高壓電器,2013,49(9):13-18.

        [2] 劉小剛,王茂忠,種芝藝,等.±500 kV閥廳電氣連接及金具設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].電力建設(shè),2011,32(9):24-29.

        [3] 劉士利,王澤忠,孫超.應(yīng)用伽遼金邊界元法的直流換流站屏蔽罩表面場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算[J].電網(wǎng)技術(shù),2011,35(5):223-227.

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