張豪

國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司 四川成都 610000

電力運(yùn)作過程，只有運(yùn)用科學(xué)的方法，才能對電力資源進(jìn)行合理配置，為人們生活以及社會生產(chǎn)提供穩(wěn)定的能源支持。對于特高壓直流換電站當(dāng)中設(shè)備的絕緣配合體系運(yùn)行，方案的選擇關(guān)系電力運(yùn)作質(zhì)量，因此構(gòu)建完善的配合體系，可保證換流站內(nèi)部絕緣設(shè)備能夠相互配合，保證電力系統(tǒng)具有良好的絕緣性能，保證電力設(shè)備能夠穩(wěn)定發(fā)揮作用，防止系統(tǒng)運(yùn)行階段受到高壓雷擊或者操作失誤導(dǎo)致的過高壓問題，影響運(yùn)行安全。所以，對于換流站當(dāng)中絕緣配合體系構(gòu)建思路進(jìn)行參考，借鑒同類項(xiàng)目絕緣運(yùn)行方案，有助于換流站絕緣體系的合理設(shè)計(jì)，保證絕緣體系能夠順利被應(yīng)用在電力輸送當(dāng)中，不但能夠提高電力運(yùn)行安全，而且還能提高電力企業(yè)運(yùn)行效益，為社會輸送源源不斷的電力能源，加速電力行業(yè)發(fā)展。

1 特高壓輸電概述

1.1 范圍分析

所謂特高壓輸電指的是加快核電、火電、水電的研發(fā)力度，改進(jìn)電力布局，縮減電力成本，減少用電費(fèi)用，提升電力發(fā)展的科學(xué)水平。

1.2 現(xiàn)狀分析

特高壓輸電最先出現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平領(lǐng)先的國家，比如美國，對其進(jìn)行了較為深入的探究，且取得了不錯的成效，為此特高壓技術(shù)始終是全球各個國家均十分重視的課題。中國是一個電力國家，對于該技術(shù)的探究也十分關(guān)注。各級政府均不斷增大特高壓技術(shù)的探究力度，政府的政策與領(lǐng)先科技均加快了特高壓技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。

（1）國內(nèi)特高壓輸電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。國內(nèi)對特高壓技術(shù)的探究開始于上個世紀(jì)八十年代，在之前較長一段時期內(nèi)，科學(xué)研究單位在特高壓方面進(jìn)行了很多探究，當(dāng)前，特高壓技術(shù)與特高壓工程被普遍運(yùn)用在我們的實(shí)際生活中。國內(nèi)學(xué)者對于電壓遠(yuǎn)距輸電形式、電壓等進(jìn)行了較為深入的研究。

（2）國外特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展情況。自從六十年代中期起很多西方國家便對特高壓輸電開啟了研究的步伐。二十世紀(jì)八十年代中期蘇聯(lián)便建設(shè)完成了變電站與供電線路；后來也有很多國家對此展開了探究，并取得豐碩成果。其他國家所進(jìn)行的探究以及所得到的研究結(jié)論可以作為我國的重要參照[1]。

2 特高壓直流輸電技術(shù)特征

2.1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，易調(diào)控

特高壓直流輸電在運(yùn)送期間中間不設(shè)置供電落點(diǎn)，能夠快速將電能輸送到指定位置，輸送路程遠(yuǎn)、電壓高、容量突出，能夠運(yùn)用在電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)方面，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的架構(gòu)進(jìn)行簡單調(diào)節(jié)。

2.2 能夠?qū)Χ搪冯娏鬟M(jìn)行更有效的限制

直流系統(tǒng)能夠更有效的調(diào)控電流的輸送快慢，能夠把系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的短路電流加以調(diào)控，這種情況下系統(tǒng)不會由于短路故障導(dǎo)致容量的變大。

2.3 輸電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性

通常情況下，可控硅換流器觸發(fā)電路能夠更高效的調(diào)整、更高電流的方向，直流電能夠平穩(wěn)輸出，若產(chǎn)生故障，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)問題系統(tǒng)加以輔助。

2.4 分布電容對輸電影響

高壓輸電電線間、相和地間、相和相間具有分布電容，若電壓處于高位，其需較長長度的電線，這種情況下其所具有的分布電容的電流數(shù)值也處于高位。在正常使用電能的狀況下電容電流也是不容忽視的，其近似于正負(fù)電流。恰恰由于有電容，為此超高壓長輸電線在平穩(wěn)的情況下，電壓的高低與線路電流皆由于電容的存在而受很大程度的不良影響，為此超高壓上的電容是不容小覷的[2]。

3 工程案例分析

準(zhǔn)東-安徽±1100kV特高壓直流輸電工程是當(dāng)前全球范圍內(nèi)電壓級別最高、電能輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)最領(lǐng)先、運(yùn)送容量最大的項(xiàng)目，第一次達(dá)成了“運(yùn)送容量、交流網(wǎng)側(cè)電壓、直流電壓”的全方位提高，打破了全球記錄。2019年9月，該項(xiàng)目進(jìn)入運(yùn)行階段。項(xiàng)目額定的運(yùn)送容量與額定直流電壓分別是12000MW、±1100kV，線路總長為3324千米，從根本上達(dá)到了“交流電壓、運(yùn)送容量與直流電壓”的全方位提升，大大提升了電網(wǎng)資源配置水平，是世界范圍內(nèi)高壓輸電方面的非常重要的技術(shù)變革[3-5]。

4 ±1100kV特高壓直流工程輸電線路關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 直流線路空氣間隙

和±800kV直流線路比較而言，±1100kV特高壓直流線路的過電壓從之前的1.70pu下降至1.58pu，操作沖擊所需要的最低空隙距離在海拔0m區(qū)域從之前的5.10m上升至8.30m，提升了62.7個百分點(diǎn)。如果±1100kV特高壓直流線路過電壓最高峰值依照1.70pu核算，海拔0m地區(qū)所需的空隙距離是9.50m，和±800kV線路比較而言，間隙距離增多了86.3個百分點(diǎn)。為此，±1100kV線路的過電壓依照真正的過電壓數(shù)值考量。為減小空氣空隙對塔頭的條件，±1100kV特高壓直流配備了線路避雷設(shè)備以對過電壓進(jìn)行控制。線路避雷設(shè)備運(yùn)用的是單柱架構(gòu)，使用不存在空隙的金屬氧化物避雷設(shè)施，裝設(shè)在線路操作過電壓數(shù)值較大的中間區(qū)域確定塔位的兩級，可以讓操作過電壓數(shù)值減小，詳情見下圖1。

圖1 直流線路過電壓

在±1100kV特高壓直流線路裝設(shè)避雷設(shè)備之后，能將全線最大操作過電壓倍數(shù)從1.58pu限制到1.50pu(基準(zhǔn)值1122kV)以下，最大操作過電壓由1773kV降低到1683kV以下，操作過電壓間隙可減小0.8m左右，從而縮小塔頭尺寸，塔重減輕約2%，節(jié)約工程投資約4200萬元。

4.2 直流線路外絕緣

和±800kV供電線路比較而言，±1100kV線路歷經(jīng)距離更長，歷經(jīng)的環(huán)境覆蓋了從極干旱至半干旱至濕潤等五個氣候區(qū)，污穢等的區(qū)分更加顯著。以污耐壓法核算得到的污穢外絕緣配備和電壓級別線性關(guān)聯(lián)，海拔相同、污穢級別相同的狀況下，和±800kV線路復(fù)合絕緣子架構(gòu)高度比較而言，±1100kV復(fù)合絕緣子架構(gòu)高度大概增多了37.6個百分點(diǎn)。耐張串使用盤式絕緣子，以污耐壓法為基礎(chǔ)，綜合考量了各種條件下的南北部降水差別、積污特點(diǎn)、現(xiàn)有供電線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，和±800kV線路絕緣子串長比較而言，±1100kV耐張絕緣子串長多出37到57個百分點(diǎn)[6]。

4.3 直流換流站絕緣配合

4.3.1 交流測絕緣保護(hù)

系統(tǒng)交流側(cè)的保護(hù)，應(yīng)按照換流站的避雷器具體設(shè)置方案。換流站中交流母線一側(cè)受到避雷器的保護(hù)，由于避雷器安裝位置和每組交流濾波器的母線十分接近，因此，保護(hù)效果良好，能夠抵擋交流系統(tǒng)當(dāng)中的雷電波，對于交流側(cè)的保護(hù)，可使用配合電流20kA。

4.3.2 閥廳位置的絕緣保護(hù)

系統(tǒng)閥廳的絕緣的保護(hù)，可按照換流站的避雷裝置實(shí)際布置形式進(jìn)行，將保護(hù)措施集中設(shè)置在晶體管閥、12脈動換流單元的中間母線、上、下12脈動的換流單元等結(jié)構(gòu)當(dāng)中。整體分析，對于晶閘管閥采取保護(hù)措施，主要是在閥兩端位置設(shè)置并聯(lián)形式的避雷器，進(jìn)行電壓保護(hù)，可按照保護(hù)需求，設(shè)置4個避雷器。因?yàn)榍秩腴y廳內(nèi)部雷電沖擊會被限制，因此，可選擇相對較低的配合電流。針對12脈動的換流單元，可采取隔離開關(guān)和穿墻套管相關(guān)設(shè)備，配合大電流避雷器(CBH)進(jìn)行直接保護(hù)，這種保護(hù)措施具有顯著優(yōu)勢，即不會受到操作負(fù)載產(chǎn)生的影響，所以也不必使用過高的配合電流。對于上12脈動單位換流器，其中6脈橋母線，可使型號MH避雷器進(jìn)行保護(hù)，避雷器和CBH型避雷器優(yōu)勢相同。對于12脈動的換流單元內(nèi)部母線的絕緣保護(hù)，可使用CBL2類型避雷器，也不需要較高配合電流。對于下12脈動當(dāng)中換流單元內(nèi)部的絕緣保護(hù)，可使用避雷器（ML+V2）保護(hù)低壓端位置Y/Y換流變閥的側(cè)相地下絕緣；使用型號ML避雷器對于下12脈動的換流器位置的6脈動的橋母線實(shí)施保護(hù)；使用抗雷電沖擊的避雷器（CBN1+V2）與抗操作沖擊避雷器（CBN2+V2）保護(hù)低壓端位置Y/D的換流變閥側(cè)相絕緣[7]。

4.3.3 直流母線絕緣保護(hù)

按照該換流站的絕緣設(shè)備配置方式，可將通過直流母線的過高壓劃分成兩部分，其一是直流極線，其中電壓保護(hù)能夠由直流極位置避雷器與直流母線位置避雷器提供；其二為平波電抗器，平波電抗器電壓保護(hù)主要是位于其兩側(cè)并聯(lián)的避雷器完成。

4.3.4 中性母線絕緣配合

針對中性母線采取絕緣保護(hù)，由于處于閥側(cè)位置的中性母線的保護(hù)是CBN1和CBN2兩個避雷器負(fù)責(zé)，所以，線路的側(cè)中性母線主要使用避雷器（E）完成，避雷器（EL）負(fù)責(zé)接地極間的保護(hù)，避雷器（EM）負(fù)責(zé)金屬回線的保護(hù)。

5 結(jié)語

電力行業(yè)的快速發(fā)展，推動了中國社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，有助于國內(nèi)資源配置科學(xué)性的提升，降低資源浪費(fèi)程度，確保民眾資源訴求得到有效滿足，有助于推動我國各行各業(yè)的長效發(fā)展。本研究針對特高壓直流換流絕緣機(jī)制的運(yùn)行進(jìn)行剖析與探討，期望能夠予以有關(guān)運(yùn)作機(jī)制與項(xiàng)目單位參考，推動電力運(yùn)行工作的高效開展，減少公司項(xiàng)目運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)虧損，實(shí)現(xiàn)電力運(yùn)行收入增多、平穩(wěn)性增強(qiáng)、安全水平提升的多重目標(biāo)。