高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的長期溫升淺談

武艷艷

（西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018）

直流轉(zhuǎn)換開關(guān)是高壓直流輸電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，是每一項遠(yuǎn)距離高壓直流輸電工程中必不可少的換流站主要設(shè)備，其關(guān)系到輸電系統(tǒng)的可靠性、可利用率和可維護(hù)性。由于我國地域資源分布不均衡，因此造成了我國建立超遠(yuǎn)距離、超大容量電力傳輸?shù)谋厝恍?。為了減少線路損耗、縮小輸電走廊、節(jié)省寶貴的土地資源，特高壓直流輸電技術(shù)成為了一個非常重要的發(fā)展方向。

1 高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)

直流轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用于直流輸電系統(tǒng)各種運行方式的轉(zhuǎn)換、接地系統(tǒng)轉(zhuǎn)換等，直流輸電系統(tǒng)中一般配置有4種類型的直流轉(zhuǎn)換開關(guān)，分別是金屬回線轉(zhuǎn)換開關(guān)MRTB、大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)GRTS、中性母線開關(guān)NBS和中性母線接地開關(guān)NBGS。由于4種類型的轉(zhuǎn)換開關(guān)在直流系統(tǒng)中的安裝位置不同，其作用也不相同。如圖1所示，MRTB安裝在接地極引線回路中，其作用是將直流電流從大地回路轉(zhuǎn)換到金屬回線通路，從而保證轉(zhuǎn)換過程中直流功率的不中斷輸送。GRTS的作用是將直流電流從金屬回線通路轉(zhuǎn)換到大地回路通路。NBS串聯(lián)在中性母線上，在單極計劃停運時，換流器將電流降為零，NBS在無電流情況下分閘。當(dāng)雙機(jī)運行時，一極發(fā)生內(nèi)部接地故障，則故障極投旁通對閉鎖，NBS將正常極注入接地故障點的直流電流轉(zhuǎn)移至接地極線路。NBGS安裝在換流站站內(nèi)接地線上，用于提供站內(nèi)臨時接地的設(shè)備，其最重要的作用是作為一個快速合閘開關(guān)。另外，在NBS轉(zhuǎn)換失?。ㄩ_斷不成功）時，NBGS也可提供暫時的大地回路通路[1]。

2 長期溫升

溫升試驗是高壓電器產(chǎn)品驗證載流能力的重要試驗，是產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)之一，溫升過高會引起產(chǎn)品機(jī)械及電氣性能的下降，嚴(yán)重時會引起重大事故發(fā)生。因此，在設(shè)計產(chǎn)品時，一定要進(jìn)行通流能力的計算，產(chǎn)品最終要通過溫升試驗的驗證，達(dá)到滿足標(biāo)準(zhǔn)中對產(chǎn)品各個部位溫升的要求。

對于長期通流的導(dǎo)體，有一溫升的估算方法，即：

當(dāng)通流I1時，溫升為ΔT1，則有ΔT1=a×，當(dāng)通流I2時，溫升ΔT2=a×，則有ΔT2＝ΔT1×（I2/I1）1.8.但是此方法僅適用于相同導(dǎo)體、不同電流的情況。

當(dāng)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)改變時，需要根據(jù)導(dǎo)體材料允許的電流密度和導(dǎo)體的載流面積來計算導(dǎo)體的通流能力，一般銅管的電流密度為2.2～2.5A/mm2，鋁管的電流密度為1～1.35A/mm2[2]。通過材料電流密度和導(dǎo)體需要通流的大小可以大概計算出導(dǎo)體需要的載流面積。當(dāng)然，導(dǎo)體長期通流導(dǎo)致的溫升高低除了與導(dǎo)體本身的材料有關(guān)外，還與它的散熱方式、散熱環(huán)境、導(dǎo)體接觸面的加工質(zhì)量及裝配質(zhì)量等因素有關(guān)。

圖1 直流轉(zhuǎn)換開關(guān)在高壓直流輸電系統(tǒng)中的位置

3 西開有限公司研制的±800 kV直流轉(zhuǎn)換開關(guān)

西開有限公司研制的特高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)為ZZLW2-100/Y5500-5100，根據(jù)用途及在系統(tǒng)中的安裝位置不同分為4種類型，分別是MRTB、GRTS、NBS和NBGS，主要包括開斷裝置、電容器、電抗器、避雷器及絕緣平臺，其結(jié)構(gòu)外形圖見圖2，主要的技術(shù)參數(shù)見表1.

ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉(zhuǎn)換開關(guān)是在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后得出的，原有產(chǎn)品的溫升電流為4 400A，而此產(chǎn)品要求的溫升試驗的試驗電流為5 500A通流穩(wěn)定，再通2 h過負(fù)荷運行電流6 600A，因此，需要根據(jù)式（1）及以上關(guān)于電流密度的計算方法來核算零件的載流能力。具體的溫升試驗方法是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)境下進(jìn)行，同時產(chǎn)品需要按標(biāo)準(zhǔn)要求在相應(yīng)的位置預(yù)埋測試點，一般采用熱電偶線[3]。ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的溫升試驗埋點圖見圖3，共采用了19個點，試驗電流由序號1接線端子引入，從序號11接線端子流出。各部位埋點處的溫升值見圖4和圖5，其中，圖4為通流5 500A穩(wěn)定后的溫升圖，圖5為5 500A通流穩(wěn)定后接著通流6 600A 2 h的溫升圖。

圖2 ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉(zhuǎn)換開關(guān)外形圖

表1 ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉(zhuǎn)換開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)

圖3 直流轉(zhuǎn)換開關(guān)溫升試驗埋點圖

圖4 通流5 500A穩(wěn)定后的溫升圖

4 結(jié)束語

本文對直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用、分類進(jìn)行了簡單說明，對西開有限公司生產(chǎn)的±800 kV直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的總體結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)、溫升試驗數(shù)據(jù)情況進(jìn)行了簡單介紹，同時介紹了一種針對長期溫升的估算方法，希望對想要了解高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)及長期溫升的人員能有所幫助。

圖5 5 500A通流穩(wěn)定后接著通流6 600A2 h的溫升圖

［1］機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所，國家電網(wǎng)特高壓建設(shè)部直流處，西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司，等.GB/T 25309—2010高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［2］黎斌.SF6高壓電器設(shè)計［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［3］趙煥敏，姚永其.高壓開關(guān)溫升試驗方法淺談［J］.科技視界，2012，27（27）：237-238.