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摘要：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。本文根据目前向上工程和云广工程的换流站绝缘配合方案，从平波电抗器分置、换流站避雷器配置2个方面详细分析特高压直流换流站绝缘配合的特点，也为日后新建设的±800kV特高压直流工程换流站的绝缘配合设计提供参考依据。
关键词：±800kV特高压直流输电；绝缘配合；平抗分置；避雷器布置
1平波电抗器分置
1.1平抗分置的经济技术优势
由于制造技术和工艺的限制，特高压直流工程选用的干式平波电抗器单台电抗值不可能做得很大，需要配置多台平波电抗器。例如向上工程每站每极就需要4台平波电抗器，如果将这4台全部布置在直流极线，会增加换流站设备布置的难度。显然，平抗分置有利于降低换流站电气布置的难度，但更要重要的是平抗分置方式在特高压直流输电工程中有显著的经济技术优势。
特高压直流单极系统的简化等效示意如图1(a)所示。其中，整流侧是双12脉动换流单元串联结构；平波电抗器一半布置在直流极线，另一半布置在中性母线；紧挨平波电抗器的是直流滤波器；整流侧平波电抗器和直流滤波器出口后的直流线路和逆变侧总体等效成一个阻抗。
考虑到每个12脉动换流单元可视为一个电源，且该电源既含有直流分量，也含有谐波分量。因此可将上述单极系统作如图1(b)所示的进一步等效，图中用纯直流电压源Ud和谐波电压源Uh串联替代了12脉动换流单元。
根据电路叠加定理，图1(b)电路可由纯直流电压源回路图2(a)和谐波电压源回路图2(b)叠加得到，如图2所示。在纯直流电压源的回路中，直流电流不经过直流滤波器，该支路相当于开路，只给出了等效阻抗的回路。由于纯直流电流不会在平波电抗器上产生压降，因此图2(a)中上/下换流单元中间母线(即图中的“中点”)的电压为纯直流电压Ud。在谐波电压源回路图2(b)中，谐波电流只经过直流滤波器，因此只给出直流滤波器的回路。由于直流滤波器对谐波电流表现为低阻特性，上/下12脉动单元共2Uh的谐波电压完全施加在2个平波电抗器上，因此图2(b)中的“中点”电位为零电位。
这样，图1(b)中的“中点”电位即为图2(a)的“中点”电位和图2(b)的“中点”电位的相加，即Ud。进而再由电路图1(b)可推知，直流极线平波电抗器阀侧(即阀顶处)的电压为2Ud+Uh，经过极线平波电抗器后的直流线路出口电压为2Ud，在±800kV特高压直流系统中，即800kV。因此，采用平波电抗器分置后，上/下12脉动换流单元中间母线的电压近似为纯直流电压Ud=400kV，阀顶电压为叠加有一个换流单元的电压2Ud+Uh=800kV+Uh。以图3说明不采用平抗分置时，上/下12脉动换流单元中间母线和阀顶电压的大小。显然，此时“中点”电压为一个12脉动换流单元电压，即Ud+Uh=400kV+Uh；阀顶电压为2个12脉动换流单元电压之和，即2(Ud+Uh)=800kV+2Uh。由上述分析可以看出，不采用平抗分置时，双12脉动换流单元中间母线和阀顶的电压分别为400kV+Uh和800kV+2Uh；而采用平抗分置后，2处电压分别为400kV和800kV+Uh。显然，采用平抗分置方式后，双12脉动换流单元中间母线和阀顶的运行电压都明显降低。
采用电磁暂态分析软件PSCAD/EMTDC对向上特高压工程仿真建模。图4—7为是否采用平抗分置时的相关位置波形比较。表1为2种平抗布置方式下的最大持续运行电压的比较。
2特高压换流站避雷器配置
2.1避雷器配置的基本原则
1）换流站交流侧的过电压由交流侧避雷器进行限制，交流母线避雷器应承担起主要作用。2）换流站直流侧的过电压由直流侧避雷器进行限制。3）换流站内的重要设备由紧靠它的避雷器直接进行保护。4）对某些设备的保护可由2支或多支避雷器串联来实现。
3结论
1）相比于常规直流输电工程，特高压直流换流站配置的避雷器种类、数目更多，保护更加细致，几乎所有设备都有专门的避雷器直接保护。
2）对于直流极线平波电抗器的端对端保护，2项特高压工程均采用并联避雷器直接保护，有效降低了极线平抗的绝缘水平。
3）特高压最高端Y/Y换流变阀侧电压较高，绝缘要求非常高。向上工程采用MH+V2串联的保护方式，云广工程采用A2避雷器直接保护。2种保护方式各有优缺点，不同的设计单位有不同的设计思想。
参考文献
[1]聂定珍，马为民，李明．锦屏—苏南特高压直流工程换流站绝缘配合[J]．高电压技术，2010，36(1)：92-97．
论文作者:于雷乐
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/14
标签：电压论文; 避雷器论文; 特高压论文; 单元论文; 谐波论文; 母线论文; 电抗器论文; 《电力设备》2017年第6期论文;