摘要：本文在±800kV和±1100kV直流输电技术的基础上，进一步研究直流输电技术中主接线设计、过电压与绝缘配合、外绝缘等关键技术在电压等级进一步提升后面临的问题，为未来更高电压等级的选择提供技术支撑。与±1100kV直流输电技术相比，更高电压等级特高压直流可实现更大范围内的能源资源优化配置。
关键词：特高压；直流输电线路；绝缘配置
1.前言
特高压直流输电具有距离远、容量大、损耗低的优势，是实现我国能源资源优化配置的有效途径。多项特高压工程的建设和陆续投运，标志着我国在超远距离、超大规模输电技术上取得全面突破，全面进入特高压交直流电网时代，推动电网格局向全国范围统筹平衡转变，同时也显著提升了我国电气设备制造业的自主创新能力和核心竞争力，具有良好的经济和社会效益。
2.特高压直流输电线路绝缘配置
2.1绝缘子选型
直流线路绝缘体具有高污染率和低污染闪光电压。因此，直流线路绝缘子的串长主要取决于工作电压下绝缘子的污闪特性。目前国内外已有数十条直流高压线路使用瓷绝缘子和玻璃绝缘子，复合绝缘子和长杆瓷绝缘子。其中应用最广泛的是玻璃绝缘子，约占直流线路绝缘子总数的80％，其次是瓷绝缘子，复合绝缘子呈快速增长的趋势，长棒形瓷绝缘子的使用量最少。后两种绝缘子主要用于重度污染地区和不方便的清洁区域。表1列出了不同绝缘子的性能，并参考已有类似直流工程的经验，线路绝缘子的选型建议如下：轻污区悬式绝缘子可采用盘式绝缘子或复合绝缘子。中污区和重污区悬垂绝缘子采用复合绝缘子。耐张绝缘子采用盘式绝缘子，部分可以试用复合绝缘子和长棒形瓷绝缘子。
表1不同类型线路绝缘子的性能比较
2.2绝缘配置
绝缘配置应同时满足工作电压，工作过电压和雷电过电压的要求。直流输电线上的绝缘子数量主要取决于工作电压的污染电压特性。因此，通常基于污染性能来选择绝缘体的数量，然后检查计算操作和雷电冲击特性。
2.2.1绝缘子数量选择
在相同的潮湿条件下，直流电压下的绝缘子闪光电压低于交流电压。由于单向电场的影响，直流绝缘子的表面积比交流绝缘子脏得多。随着污染程度的增加，直流污染闪电电压下降的速度也随之增加。根据国内外测试数据，悬式绝缘子串的负闪电压略低于正闪电压。±500kV三广和贵广直流线路的设计基于±500kV葛南线和龙政线线路的内置攀登体验。基本绝缘配置为：37个CA-735型。用于普通区域和轻度污染区域，瓷绝缘子（结构高度170mm，爬电距离560mm）
根据国内外绝缘子的人工污垢压力试验，在相同的盐浓度下，直流条件下的击穿电压比交流电压低15-20％。因此，直流爬电距离应为交流的2倍，参考交流线路的爬电距离，可计算直流线路的绝缘子数量，在轻污染区域下需要约62件。根据绝缘子在不同污染条件下的耐受电压来选择绝缘子的数量是确定绝缘配合的更好方法。根据NGK提供的各种直流绝缘子的耐污染数据，轻污染区域需要大约62片。结合现有的工程经验，该生产线的轻，中，重污染区分别配置为64，73和90块板。
2.2.2根据过电压情况进行检查
根据对±500kV直流线路过电压的研究，运行过电压水平为1.5〜1.8pu，最大工作过电压发生在线路中间。目前我国±800kV直流线路过电压水平的计算结果为1.6〜1.8pu。根据美国的EPRI测试，在相同的肮脏条件下，相同类型绝缘子的直流操作耐受电压是直流耐受电压的2.2至2.3倍。根据大量的实验研究，当直流电压预先施加时，50％工作浪涌电压是50％污染闪光工作电压的1.7至2.3倍。因此，操作过电压无法控制绝缘片数量的选择。由于受到污染，直流绝缘子绝缘子（串长）的数量大于交流1000kV（长），且雷电冲击电压下的绝缘余量较大。反击雷电流超过200kA，雷电过电压超过绝缘子数量。选择无法控制。
2.2.3高海拔地区的影响
试验表明，随着海拔高度的增加，脏污（灰尘和冰）绝缘子的闪络电压降低。标准DL/T620-1997给出了外部绝缘放电电压对高程的影响。一般而言，绝缘子应在海拔每500米处补偿3.1％。
3.直流线路绝缘配置方案及性能
3.1当直流线路中点出现短路故障时，非故障线路中点的过电压最为严重。
3.2线路的过电压幅值和分布特性与直流滤波器的线路参数，长度，塔架接地电阻以及整个回路设计等因素有关；
3.3沿线的过电压振幅分布有很大差异。高振幅过电压与线路长度之比很小，大部分过电压振幅都很低。图1和图2分别显示了项目直流线路过电压的模拟结果，分别为±1000kV和±1100kV。
图1±1000ｋＶ依托工程直流线路过电压分布特性
图2±1000ｋＶ依托工程直流线路过电压分布特性
从上述研究结果可以看出，±直流输电线路的过电压分布因项目而异，需要根据工程设计的具体参数进行仿真计算得出。特高压直流线路主要由绝缘子串组成，塔顶气隙距离可由运行过电压控制。因此，塔头的气隙距离取决于过电压水平，塔头间隙的放电特性和高度。可以看出，过电压水平直接影响直流线路塔头设计和塔架成本。鉴于±1000kV特高压直流输电线路长期分布和沿线过电压幅值分布不均匀，建议将线路塔的绝缘配置与沿线过电压幅值，分布特征和高度分析结合起来该线。分段设计的原则将使生产线塔的成本更经济合理。
4.结束语
对超高压线路绝缘配置的选择，综合考虑了已有线路的设计经验、爬电比距、污秽耐受电压等方法，并对内外过电压进行校核，分析了高海拔对绝缘片数的影响。今后随着运行数据的积累和试验研究的深入，特高压直流的绝缘配置合理性将进一步提高。
参考文献：
［1］周浩，王东举．±1000ｋＶ特高压直流换流站过电压保护和绝缘配合[J]．电网技术，2016，36（9）：1－8．
［2］聂定珍，马为民，李明．锦屏－苏南特高压直流输电工程换流站绝缘配合[J]．高电压技术，2016，36（1）：92－97．
［3］陈锡磊，周浩，王东举，等．±８00ｋＶ浙西特高压直流换流站暂态过电压研究[J]．电网技术，2016，36（3）：22－27．
［4］韩永霞，李立浧，陈辉祥，等．直流保护策略对特高压换流站过电压与绝缘配合影响的仿真分析[J]．高电压技术，2016，38（2）：306－311．
论文作者:刁常晋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
标签：过电压论文; 绝缘子论文; 线路论文; 电压论文; 特高压论文; 数量论文; 雷电论文; 《电力设备》2018年第15期论文;