摘要：特高压直流输电具有大容量、远距离和低损耗等优点，±1100kV特高压直流输电作为一个全新的输电电压等级，非常适合特大型能源基地向远方负荷中心输送电能。多端柔性直流输电与传统直流输电相比具有诸多优势，非常适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电和异步交流电网互联等领域。特高压直流输电和柔性直流输电是当今直流输电领域的两大热点，代表着直流输电技术的最高水平。
关键词：特高压直流；柔性直流；±1100kV；换流站；绝缘配合；过电压
我国能源资源和经济发展具有分布不均的地域性特点，能源资源主要集中在西部地区，而负荷主要集中在中东部地区。为了保证中东部地区的电力供应，必须采取相关技术措旅将能源送往负荷中心。特高压直流输电具有超大容量、超远距离、低损耗的特点，且具有灵活的调节性能，因此非常适合大型能源基地向远方负荷中心送电。特高压直流输电是指电压等级为±及以上的直流输电，截至2013年，我国已有云南一广东、向家坝一上海和锦屏一苏南3条±800kV特高压直流输电工程建成并投运，目前我国已成为世界上直流输电电压等级最高、输送容量最大的国家。
1.国内研究现状
1.1特高压直流输电技术的研究现状
国家电网公司从2004年开始，组织相关科研、设计单位和高等院校对特高压直流的关键技术问题进行的研究，取得了一系列重要成果。2007年，国家电网公司在北京建成了特高压直流试验基地；2008年，在西藏建成了高海拔直流试验基地。通过这些试验基地的建设，使我国具备了±1000kV及以下电压等级下特高压直流输电工程在不同海拔高度下的电磁环境、空气间隙放电特性、直流避雷器等设备关键技术的试验研究能力。2010年，向家坝-上海±800kV特高压直流输电工程双极投运，工程额定输送功率6400MW，输送距离1970km，工程送端起于四川复龙换流站，受端换流站为上海奉贤换流站。2012年，锦屏-苏南±800kV特高压直流输电工程双极投运，工程额定输送功率7200MW，全长2059km。工程起于四川裕隆换流站，止于江苏同里换流站。此外，还有“溪洛渡-浙西”、“哈密-郑州”等多条±800kV特高压直流工程正在建设中。
1.2柔性直流输电技术的研究现状
我国对柔性直流输电技术的研究起步较晚，2011年我国首个柔性直流输电工程——上海南汇风电场柔性直流输电示范工程正式投运，其直流额定电压为±30kV，系统功率为18MW；2013年12月，我国首个多端柔性直流输电工程——南澳多端柔性直流输电工程投运，其直流额定电压为±160kV，此外还有多条柔性直流输电工程正在规划建设中。
2.±1100kV特高压直流换流站绝缘配合
2.1换流站避雷器布置
换流站设备的主要保护装置是氧化锌避雷器，合理的避雷器配置方案对提高直流系统运行的安全可靠性及降低设备的成本具有重要意义。特高压直流换流站避雷器配置的基本原则是：换流站交流侧的过电压由交流侧避雷器进行限制；直流侧过电压由直流侧避雷器限制；换流站内重要设备由紧靠它的避雷器直接进行保护；对某些设备的保护可由支或多支避雷器串联实现，如换流变阀侧套管的对地绝缘是由多支避雷器串联保护的。
2.2避雷器参数确定
换流站避雷器布置方案确定后，就需确定避雷器的参数及保护水平，用于确定换流站设备的绝缘水平。与交流避雷器相比，特高压直流避雷器的种类众多，各避雷器的性能参数差异较大；并且，由于直流输电系统中存在着众多的电感、电容元件，在正常运行时均处于充电状态，存储着大量能量，一旦某一只避雷器动作，大部分能量将通过该避雷器泄放，因此换流站避雷器的通流容量要求远比交流避雷器大；此外，正常运行时加在避雷器两端的电压含有直流分量，避雷器发热严重。可见，特高压换流站直流避雷器的运行条件远比交流避雷器严酷，避雷器参数选取是否合理对换流站设备的绝缘水平有决定性的作用。
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2.3换流站设备的过电压水平
换流站交流母线侧的设备主要由交流母线避雷器进行保炉，该避雷器安装在紧靠换流变和每大组交流滤波器母线上。交流系统中发生各种故障或操作时，会在換流站交流场的相关设备上产生过电压，这些过电压主要由该避雷器进行限制，决定该避雷器的最严酷工况是交流系统三相接地故障及清除。
2.4换流站设备的绝缘水平
与±800kV特高压直流换流站不同，±1100kV特高压直流工程中，换流站交流侧有2个不同的交流电压等级，分别为500kV交流系统和750kV交流系统。其中500kV交流侧设备的绝缘水平选取可参照±800kV特高压直流，绝缘水平的确定按照相关标准的推荐实施，中华人民共和国国家标准GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》和电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压和绝缘配合》对500kV母线及设备的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平可分别取为1550kV和1175kV。
3.多端柔性直流换流站绝缘配合
3.1换流站避雷器布置
现代直流输电系统中通常采用无间隙金属氧化物避雷器作为换流站过电压保护的关键设备。由于多端柔性直流输电系统的发展历史较短，目前关于柔性直流换流站的避雷器布置尚未形成统一的布置原则，但是考虑到多端柔性直流输电系统的电压等级较低，避雷器布置可以参照常规高压直流输电系统，从而可以归纳得到柔性直流换流站的避雷器布置原则，如下：
换流站交流侧产生的过电压由交流侧的避雷器进行限制，交流母线避雷器应承担主要的限制过电压作用；
换流站直流侧产生的过电压由直流侧的避雷器进行限制，即应有换流站直流极线避雷器来限制；
换流站内重要设备由紧靠它的并联避雷器直接进行保护，如联结变网侧绕组由交流母线避雷器直接保护。
3.2避雷器参数确定
根据换流站避雷器所处区域的不同，柔性直流输电系统中换流站避雷器可以分为交流侧避雷器和直流侧避雷器，这两类避雷器参数的选取有所不同，下面分别叙述如下。
①换流站交流侧避雷器
换流站交流侧避雷器，包括联结变压器网侧交流避雷器和联结变压器阀侧交流避雷器。
②换流站直流侧避雷器
换流站的直流侧避雷器主要有换流器高压母线避雷器、直流极线避雷器直流避雷器的基本参数主要有：持续运行电压、荷电率、参考电压、避雷器残压、能量耐受能力（也叫通流容量）等。
3.3换流站设备的过电压水平
换流站直流侧过电压产生的主要原因有直流极线接地、平波电抗器闹侧直流母线接地和直流极间短路等故障，这些故障会在换流站直流母线及相关设备上产生较大过电压，且过电压水平与直流系统的运行方式以及故障发生位置有关。对于直流极线接地和平波电抗器阀侧直流母线接地故障，故障发生后，故障极电压迅速降为0，由于换流站正负极之间模块电容的存在，直流正负极间电压将保持大致不变，从而在健全极直流母线上会产生较大对地过电压，该过电压主要由换流器高压母线避雷器CB和直流极线避雷器D进行限制，其过电压幅值与直流系统的运行方式密切相关。对于直流极间短路故障，故障发生后直流极线电压迅速降为在换流站直流侧不会产生严重过电压，但是由于故障后直流电流迅速增大，直流电流通过换流站桥臂电抗器，从而在桥臂电抗器两端产生较大过电压，该过电压主要由桥臂电抗器并联避雷器进行限制。
3.4换流站设备的绝缘水平
对于直流侧设备，则与常规直流系统一样，采用惯用法进行绝缘配合，即根据电气设备上可能出现的最大过电压，使电气设备可能出现的最大过电压与要求的耐受电压之间留有一定的裕度，考虑绝缘裕度后得到设备要求耐受电压，然后选取合适的数值作为设备最终的绝缘水平。
论文作者:郑锦欢,高峰,刘伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
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