张达
国网山东省电力公司检修公司 山东省济南市 250021
摘要：直流输电系统的内部过电压主要通过金属氧化物避雷器加以限制，避雷器在内部过电压下的保护特性对确定设备的操作冲击绝缘水平具有重要意义。基于特高压换流站的特殊性考虑，介绍了两种不同的避雷器配置方案，方案A采用M2避雷器和CB1A避雷器，方案B采用A2避雷器、CB1A和CB1B避雷器。讨论了配置C2避雷器的必要性，分析了CB1B避雷器优化经济性的原因及平抗分置所带来的优势。
关键词：特高压直流；避雷器；经济配置；方案
引言
我国已有多个±800kV特高压直流输电工程投入运行，下一步还会有大量特高压直流工程核准、开工建设，特高压直流输电技术已日趋成熟。但是随着电源开发逐步西移和北移，而中东部地区国民经济持续快速发展，导致能源产地与能源消费地区之间的距离越来越大，多数都在2500km以上，超出了±800kV特高压直流的经济输电距离，迫切需要将直流系统的电压等级由±800kV提升至±1100kV甚至更高电压等级。直流输电系统的内部过电压主要通过金属氧化物避雷器加以限制，避雷器在内过电压下的保护特性直接决定了其对设备内过电压的保护效果，对确定设备的操作冲击绝缘水平具有重要意义。
1、避雷器功能分述
由于直流输电系统内部过电压产生的原因、发展的机理、幅值多样，安装在不同位置的避雷器承受的电压波形和负载差别很大，且特高压直流工程电压高、结构复杂，因此需要配置的直流避雷器种类多、性能参数要求高，不同类避雷器差别很大。已投运或是在建的±800kV特高压直流系统中，避雷器都主要采用无间隙氧化锌避雷器。根据《特高压直流换流站过电压保护和绝缘配合导则》，保护换流站的避雷器主要有A型、V型、M型、C型、CB1型、D型和E型等。下面，将各个避雷器的作用和功能叙述如下：
(1)A型避雷器保护换流站交流母线处的设备。A型避雷器要尽量靠近换流变压器，以抑制交流侧操作和雷电过电压，并决定换流阀的绝缘水平。（2）V型阀避雷器可直接保护阀组，它按能量级别可分为V1、V2、V3，采用不同并联柱数。（3）M型避雷器保护两个六脉动桥之间的直流母线，并与V型避雷器串联保护换流变压器阀侧绕组。（4）C型避雷器保护十二脉动换流单元以及极顶设备。（5）D型避雷器，装在平波电抗器附近，保护直流开关场和直流滤波器。（6）E型中性母线避雷器主要用于雷电波的保护，其数量和安装位置可根据雷电侵入波的计算结果确定。
2、避雷器的配置原则
±800kV换流站内避雷器配置的原则是：交流侧产生的过电压用交流侧的避雷器限制；直流侧产生的过电压由直流侧的避雷器限制；重点保护设备由紧靠它的避雷器直接保护。±800kV特高压直流输电系统由于电压等级高，设备体积大，价格也很昂贵。因此，在保证系统可靠性的同时，提高经济性显得尤为重要，本文正是基于可靠性和经济性的综合考虑提出了新方案。
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3、新方案与传统方案的比较与分析
本文参照远距离双极对称运行的特高压直流输电系统，整流侧和逆变侧的交流电网等级为525kV/50Hz，经±800kV特高压直流输电线路联网输电，按照上文的避雷器配置原则，给出了2种±800kV换流站十二脉动换流单元避雷器配置方案并进行比较，推荐的经济方案为方案A，传统方案为方案B。
3.1避雷器配置方案讨论
经济方案和典型方案中大部分避雷器的配置位置完全一样，其作用和功能在上文中已有介绍，下面针对配置方案中较为特殊的地方做出以下几点讨论。
（1）典型方案（方案B）中在最高电位换流变二次侧直接配备A2避雷器。经济方案（方案A）中则用M2+V3串联保护最高电位换流变二次侧，而二者各有其优缺点。典型方案（方案B）的优点在于A2可直接保护最高电位换流变的阀侧绕组，易于选择较高荷电率，从而得到较低的过电压保护水平，减小空气间隙的同时也降低了最高电位换流变阀侧的绝缘水平。然而，这有着明显的缺点，由于处于交流侧，考虑每相配备，需要的避雷器数量为3个，并且均处于较高电位，设备寿命较低。而经济方案（方案A）的优点是在直流侧只使用1支M2避雷器，所用避雷器的数量较少，比较经济，并且从该避雷器所处的位置可以看出其直流运行电压为±600kV，绝缘要求相对A2避雷器也较低。另外，其占用阀厅空间的也较小。
（2）典型方案（方案B）中同时配备CB1A避雷器和CB1B避雷器，而经济方案（方案A）中在上、下十二脉动换流单元中间母线处只配备CB1A避雷器。典型方案（方案B）的优点在于CB1B的保护水平比CB1A的保护水平低，从而可以降低保护高压换流变d线圈端的保护水平和保护极线穿墙套管与隔离开关的保护水平。其缺点是比方案A多配置了1个避雷器，数量上不经济，而且占用较大的阀厅空间。经济方案（方案A）的优点在于去掉了CB1B避雷器，所用避雷器的数量少，占用更小的阀厅空间，更为经济，而且在2组换流单元串联运行时其荷电率较低，利于避雷器安全运行。
（3）配置C2避雷器是必要的。在高电位十二脉动换流单元单发生接地故障、阀脉冲连续丢失等故障下，C2避雷器能保护十二脉动换流单元两端和内部元件。若有故障导致了高电位的换流单元紧急停运，在紧急停运的暂态过程中阀将会关闭，换流单元失去2个串联的阀避雷器保护，此时仅靠C2避雷器保护。因此，2种方案中都装设C2避雷器。
3.2平波电抗器分置方案讨论
3.2.1平波电抗器分置在极线和中性母线
在典型方案（方案B）中采用平波电抗器分置在极线和中性母线处，可使极母线和中性母线平抗的谐波电压降大小相同、方向相反，从而使串联的2个十二脉动换流单元中间母线的电压接近于纯直流的电压。这样，上十二脉动换流单元各处的持续运行电压峰值PCOV可以按照±500kV换流站的计算公式计算，再加上母线直流电压±400kV，而不用加上中性母线的PCOV。即平抗分置在极线和中性母线上，不仅可以降低上十二脉动换流单元各处的PCOV，且安装在该处的避雷器参考电压也将低于平抗全装在极线上时的避雷器参考电压。避雷器保护水平和上十二脉动换流单元各处的绝缘水平得到了降低。
3.2.2平波电抗器分置在极线和±400kV直流母线
在经济方案（方案A）中让平波电抗器分别配置在极线和±400kV直流母线上，并且去掉E1H避雷器。值得一提的是，E1H高能量避雷器由8支参数和特性一致的E型避雷器并联而成，通过分立避雷器并联来限制泄能电流的大小。但E1H高能量避雷器的能量参数很大，尤其是在整流站，考虑到阀厅的安全，要尽量将E1H避雷器装于户外，使其释放能量过大发生自爆时不至于危及阀厅内设备。而在经济方案中不再需要E1H避雷器，减少了避雷器数量，提高了阀厅安全性，也降低了下十二脉动换流变和中性母线穿墙套管的绝缘水平。
3.3最终方案的确定
仔细对比经济方案和典型方案后，可以看出经济方案中使用M2避雷器与V3避雷器串联替代典型方案中A2避雷器，将平波电抗器分别配置在极线和±400kV直流母线上，去掉了CB1B避雷器和安全性较低的E1H高能量避雷器。经济方案在保证可靠性的同时减少了避雷器数量，明显提高了换流站的经济性。因此，本文最终采用经济方案（方案A）。
结束语
综合考虑2种方案的可靠性和经济性后选择经济方案（方案A），在上十二脉动换流单元安装C2避雷器，在上、下电位十二脉动换流单元分别安装M2避雷器、M1避雷器，并在二者的中间母线上安装CB1A避雷器。
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论文作者:张达
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：避雷器论文; 方案论文; 过电压论文; 母线论文; 经济论文; 电压论文; 单元论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;