淺談直流輸電外絕緣電氣特征

【摘要】隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化進程不斷加快，居民的用電需求越來越大，人們對于電力系統(tǒng)的安全性也日益重視，直流輸電外絕緣電氣作為電力系統(tǒng)中不可缺少的一部分，其質(zhì)量直接影響著我國電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。本文分析了直流輸電外絕緣電氣的特征，對直流輸電外絕緣電氣的選擇做出了標準要求，期望為相關(guān)設(shè)計施工人員開展工作提供指導(dǎo)和借鑒。

【關(guān)鍵詞】高壓；自流換流站；電氣設(shè)計；技術(shù)特點

前言

所謂直流輸電是指在換流站設(shè)備之外絕和直流輸電架空線路外部絕緣的兩個部分，其對于整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全都有十分重要的意義，但是由與外界自認環(huán)境會嚴重影響直流電外部絕緣的電氣強度，加上現(xiàn)階段我國的輸電容量和電壓等級不斷提高，輸電外部絕緣體承受的電壓也不斷增加，我國直流輸電技術(shù)仍然需要不斷改進，但是目前，在我國由于自流輸電技術(shù)的應(yīng)用措施不夠成熟，各種應(yīng)用方法和應(yīng)用方式不夠完善，在當前的電力系統(tǒng)中還存在著一定的差異和不足，本文對其進行分析，希望能夠為中國的電力系統(tǒng)的完善略盡薄力。

一、直流電壓下空氣間隙放電特性

我們把在高壓力的情況下，在換流站內(nèi)部機電設(shè)備直流電安全距離之間產(chǎn)生的縫隙叫做直流空氣間隙。對于直流電壓下的空氣間隙中的機電絕緣設(shè)備強度的研究，我們主要從以下幾個方面進行分析研究。

1.棒棒和棒板間隙的自流放電特性

棒棒之間的間隙一般我們都會被控制在0.5～1.5m之間，棒棒之間的電力負荷值和他們之間的距離有直接關(guān)系，距離越遠電力負荷在越大，反之就越小。在實際電力系統(tǒng)的運行中，棒棒之間釋放的電流會變得十分明顯，在受到外界條件的影響下（例如小雨天氣）棒棒的正負極釋放的電壓都會變大，同事負極釋放的電壓會圓圓高于正極釋放的電壓。和棒棒之間的關(guān)系一樣棒板之間的電壓也和距離成正比，在棒和板距離增大時電力負荷也增加，而在幫和板距離減少時電力負荷會隨之減少。

2.自流場典型間隙的自流放電特性

換流站自流場的典型間隙是指在交換站的電壓器等設(shè)備通和直流電設(shè)備接地空間之間的距離，換句話說就是指電網(wǎng)中大型設(shè)備在保護墻中和周圍環(huán)境之間構(gòu)成的一系列間隙。在實際的電網(wǎng)輸電過程中，直流電電壓會對整個直流電設(shè)備的接地體進行一定放電，電壓的大小一般來說可以通過上文棒棒和棒板之間的間隙來確定，但是由于實際的自留設(shè)備對設(shè)備的接地體產(chǎn)生的電壓時通過設(shè)備操作產(chǎn)生的，會大于直流電工作的電壓確定的間隙距離，所以在設(shè)計設(shè)備對接地體間隙距離的時候，可以不考慮自流工作電壓確定的間隙距離。

二、過電壓保護與絕緣配介

面對超高壓換流站的電壓保護和絕緣體的配介工程，高壓電流的換流閥和動脈閥組成了一個串聯(lián)的壁壘配置方案。

換流閥絕緣配介裕度：在超高壓自流換流站工程實踐中，換流閥絕緣配介裕度有兩種取值，中國均采用文獻的推薦值，該標準是根據(jù)國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）33.05工作組1984年9月提出的《高壓自流換流站絕緣配介和避雷器保護使用導(dǎo)則》編寫的，在技術(shù)內(nèi)容上與該導(dǎo)則等效。對特高壓換流閥絕緣配介裕度選取有兩種觀點。一種觀點認為，進入特高壓范疇后，設(shè)備絕緣水卜的些微提高，都有可能引起設(shè)備造價和研發(fā)、制造難度的大幅度增加，絕緣配介裕度取值應(yīng)從實際需要出發(fā)，小宜保守。換流閥山跨在閥上的避雷器自接保護，而且晶閘管閥與常規(guī)電力設(shè)備（如變壓器）的老化過程小同，故障晶閘管可在定期檢修時子以更換，可以認為，閥的耐受電壓在每次檢修后都恢復(fù)到它的初始值。因此建議參考部分國外工程實踐，特高壓換流閥操作沖擊、雷電沖擊、陡波沖擊絕緣配介裕度分別取10%、10%、15%。另一種觀點認為，特高壓自流輸電工程在電網(wǎng)占有及其重要的地位，可靠性要求高，設(shè)備標準小應(yīng)低于超高壓工程，絕緣配介裕度應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行電力行業(yè)標準。目前，在小同的工程中兩種絕緣配介裕度都有采用。

三、外絕緣

1.空氣間隙

因為在實際的電網(wǎng)輸送過程中，換流站的設(shè)備都會有會采用固定點擊的導(dǎo)體，所以雷電的沖擊值主要由空氣間隙來決定。在空氣間隙的設(shè)計過程中要更具實際情況，分析材料的質(zhì)量、周圍的具體環(huán)境等得出具體的電壓特性曲線圖，以便我們確定時候的空氣間隙的取值，優(yōu)化直流電的開關(guān)設(shè)備場布置。

2.設(shè)備外絕緣

直流電設(shè)計設(shè)備的絕緣體設(shè)計必須要考慮各方面的因素，而十弧距離和爬電距離是最重要的兩個方面。在實際的電網(wǎng)運行中，直流電設(shè)備的軸向長度由十弧距離決定，在面對高壓電流而言，外界的沖擊力度是決定十弧距離的重要因素，而與其之間成反比的關(guān)系。爬電距離主要由直流電機在運行中絕緣子產(chǎn)生的污染決定，污染程度越高拍點距離就會越大。一般而言，自流自然積污附鹽密度為0.07mg/cm2，灰密取其5倍，以此為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備套管或支柱絕緣子選擇的外絕緣材料和自徑，可以推算出特高壓自流側(cè)設(shè)備所需爬電距離。

四、主要設(shè)備選擇

1.換流閥

對于輸送容量為SOOOMW的特高壓自流輸電工程，換流閥可采用成熟的自徑為5英寸、光觸發(fā)或光電觸發(fā)、空氣絕緣、水冷卻晶閘管；當輸送容量為6400MW時，山于額定輸送電流達到4000A，需要研發(fā)自徑為6英寸的晶閘管，從目前研發(fā)情況看，供應(yīng)商對6英寸RR閘管均采用光電觸發(fā)技術(shù)。從換流閥本身的結(jié)構(gòu)來看，采用二重閥或者四重閥均是可行的，沒有明顯的技術(shù)經(jīng)濟差異，采用四重閥可在一定程度上節(jié)約閥廳的投資和運行費用，但換流站總體占地而積較大，考慮到土地為小可再生的寶貴資源，目前各工程均推薦采用二重閥結(jié)構(gòu)的換流閥。

2.換流變壓器

換流變壓器具有四總結(jié)構(gòu)：三相組合式；三相雙繞式；單相祝賀式和單相雙繞組式，每一種的形式都有具有其特有的優(yōu)勢和特點，當然也有其不足的地方，我們在實際的電網(wǎng)設(shè)計中在選擇換流變壓器的時候要根據(jù)實際情況，選擇最適合實際工程的換流變壓器，比如在面對電壓特別高、電壓等級大、容量大的工程的時候我們一般都會采用單相雙繞組變壓器。而面對電壓比較小的電網(wǎng)工程一般來說會選擇三相結(jié)合或者單相組合的交流變壓器。

五、結(jié)語

在社會科技不斷發(fā)展的二十一世紀，許多新科技、新技術(shù)不斷在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。直流電絕緣體技術(shù)也應(yīng)該運用更多的新科技、新技術(shù)，不斷促進其技術(shù)的完善。由于直流電系統(tǒng)容易受到很多因素的影響而變得不太穩(wěn)定，會嚴重影響整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這就要求我們必須加大對其系統(tǒng)的監(jiān)控力度，運用計算機技術(shù)實施7X24的全程監(jiān)控。當然，在我國直流電外絕緣技術(shù)仍然還是有許多問題，但是我相信只要我們工作人員堅持創(chuàng)新，一定可以使其實實踐中不斷完善，促進我國電力事業(yè)的發(fā)展。

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