±500 kV柔性直流换流阀外绝缘最小安全距离及海拔校正试验研究

张北±500 kV柔性直流示范工程首次构建了四端柔性直流电网,±500 kV是世界上现有的柔性直流输电的最高电压等级,±500 kV柔性直流换流阀是柔性直流输电的核心设备,由于张北地处高海拔区域,确定柔直换流阀外绝缘在高海拔地区所需要的室内最小空气间隙距离,对本工程和未来换流阀阀厅建设及阀厅内电力装置的布置方式有重要意义。在中国北京某特高压直流试验基地对±500 kV柔性直流换流阀外绝缘进行了操作冲击放电试验,得到其操作冲击放电特性曲线。通过比较不同的海拔校正方法,探讨和提取适用于±500 kV柔性直流换流阀外绝缘的海拔校正因数。最后依据试验得到的±500 kV换流阀外绝缘操作冲击放电特性曲线计算其在张北2 100 m海拔高度下所需要的最小空气间隙距离。     

±800kV直流输电空气间隙外绝缘特性研究

给出±800kV特高压直流输电工程线路杆塔和换流站直流场空气间隙操作冲击和雷电冲击放电特性的试验研究结果;讨论不同海拔高度下操作冲击放电电压的校正方法,并给出海拔校正系数;对±800kV直流输电杆塔和换流站最小典型间隙距离提出建议,为±800kV直流换流站及输电线路工程建设的设计提供了依据。     

±500 kV同塔双回线路杆塔空气间隙操作冲击放电特性试验研究

在海拔2 100 m和50 m地区对±500 kV同塔双回线路杆塔空气间隙的操作冲击放电特性进行试验研究,在实验条件下,获得了上、下层间隙的50%放电电压曲线,验证了下横担的存在对上层空气间隙的操作冲击放电特性无明显影响。基于两种海拔高度试验结果对比,提出了海拔2 100 m及以下地区的海拔校正方法和校正系数,进而给出了当操作过电压标幺值取1.6时,不同海拔高度下所要求的杆塔上、下层空气间隙的最小允许距离。成果已用于指导溪洛渡右岸电站送电广东±500 kV同塔双回直流输电工程的外绝缘设计。     

青藏直流工程换流站交流侧外绝缘特性

为获得我国青藏高海拔地区220kV换流站设计依据,结合我国青藏高海拔±500kV直流工程,在4000m左右高海拔地区,开展220kV换流站真型构架典型电极以及棒-板操作冲击、雷电冲击试验研究。利用升降法在2.5～4.0m间隙距离内给出换流站交流侧典型电极操作、雷电冲击放电特性曲线。讨论不同海拔高度下操作冲击和雷电冲击放电电压的校正方法,并给出海拔或大气校正因数。通过分析试验数据,推荐换流站交流侧软母线对构架最小空气间隙的选择方法。研究结果表明,在相同的间隙距离下,棒-板间隙的冲击放电电压较典型电极低,同时,在4000m海拔高度下,雷电过电压成为控制换流站构架尺寸的主导因素。     

±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进及U50试验

±1 100 kV直流换流阀相对目前电压等级最高的±800 kV直流换流阀电压有较大提高,为了确保外绝缘设计的可靠性,对±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进和换流阀外绝缘操作冲击电压放电特性进行了全面研究。首先通过改进屏蔽罩结构以实现屏蔽罩表面电场的合理分布,然后针对换流阀不同类型屏蔽罩分别制定外绝缘操作冲击电压试验方案,并设计了一种无晶闸管的操作冲击50%击穿电压(U_(50))试验阀塔,最后采用操作冲击U_(50)试验验证了换流阀外绝缘电气强度。结果表明,±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进设计合理,阀塔对墙的最小空气净距达到5 m其外绝缘强度即可达到要求的绝缘水平,实际阀厅的空气净距有较大的安全裕度。     

±1000kV直流输电线路塔头间隙冲击放电特性试验及海拔校正研究

±1000 kV直流在中国是一个新的电压等级,为保证设计的经济性和可靠性,需对不同海拔地区空气间隙距离的选择进行试验研究。在北京的特高压直流试验基地和海拔4 300 m的西藏高海拔试验基地采用相同结构的±1 000 kV真型尺寸模拟塔头空气间隙进行了冲击放电试验,获得了相应的操作冲击和雷电冲击放电特性曲线。通过对西藏基地得到的操作冲击放电电压采用GB/T 16927.1—1997、IEC 60071-2和GB/T 311.1—1997标准推荐的方法进行海拔校正,并与北京的试验基地得到的试验结果进行比较,结果表明以上3种标准推荐的海拔校正方法已不适用于海拔4.3 km的长空气间隙操作冲击放电。最后,按照＂海拔每升高100m,绝缘的电气强度降低相同百分比＂的原则,采用插值法计算得到了海拔4300m及以下地区的塔头间隙操作冲击放电电压曲线,并结合±1000kV直流输电线路过电压的研究结果,计算了不同海拔下±1000kV直流输电线路塔头操作过电压需要的最小空气间隙距离。在1.7pu操作过电压下,对于海拔1000m及以下地区,±1000kV直流塔头的空气间隙距离建议为8.6m;当海拔为3500m时,建议为9.8m。     

±800 kV直流输电工程空气间隙海拔校正系数试验研究

分别在0、1 970、2 245和3 723 m海拔地区开展了±800 kV直流输电线路真型尺寸模拟杆塔和换流站极母线空气间隙50%操作冲击放电特性对比试验研究。通过分析计算,给出了±800 kV高压直流工程高海拔地区直流线路和换流站典型空气间隙操作冲击放电电压的海拔校正系数;并讨论了高海拔地区空气间隙放电特性的校正方法。     

±1100 kV特高压直流杆塔间隙放电特性

±1100 kV直流是一个新的电压等级,杆塔间隙距离的选择是保证工程可靠和经济的关键技术之一,我国正在建设的±1100 kV输电线路超过3000 km,并且途经高海拔地区,为解决杆塔间隙放电电压的海拔校正问题,在国内两个不同海拔的试验基地,采用±1100 kV真型尺寸模拟杆塔,进行了空气间隙冲击放电试验,获得了相应的操作冲击、雷电冲击放电电压,并分析了不同海拔下操作冲击和雷电冲击放电电压的分散性;其次,利用典型的棒板间隙操作冲击放电公式,分析了间隙距离6~11 m范围的间隙系数;然后,结合IEC 60071-2规定的海拔校正方法,分析了±1100 kV杆塔操作冲击和雷电冲击的海拔校正系数,并计算得到了操作冲击的电压修正因数m。最后结合昌吉—古泉±1100 kV工程的过电压计算结果,推荐了海拔3000 m及以下地区±1100 kV输电线路直流电压和操作冲击电压所需的最小间隙距离。结果表明:未发现海拔的变化对间隙放电电压的相对标准偏差有明显影响,在1.57 pu操作过电压下,海拔1000 m时,±1100 kV输电线路杆塔操作冲击所需的最小间隙距离为8.9 m,海拔为3000 m时,最小间隙距离为9.8 m。直流电压要求的间隙距离较小,海拔3000 m时为4.2 m。     

高海拔地区典型长空气间隙的操作冲击放电特性和海拔校正

研究棒-板和棒-棒空气间隙等典型的空气间隙的放电特性和海拔校正,不仅可为高海拔地区输变电工程空气间隙距离的选择提供参考,而且可为更高海拔地区空气间隙放电电压的海拔校正提供依据。为此,在海拔高度为0m、2 200m、3 000m、4 300m和5 000m的地区,对不同间隙距离的棒-板和棒-棒典型长空气间隙进行了标准操作冲击放电特性试验。根据试验结果计算分析了不同海拔地区典型的棒-板和棒-棒间隙的操作冲击放电电压的海拔校正因数。将IEC 60071-2标准中规定的放电电压海拔校正方法适用范围外延至海拔高度5 000m,对棒-板间隙的放电电压的海拔校正因数进行了计算。试验结果表明,随着海拔高度的升高,棒-板和棒-棒间隙的操作冲击放电电压都降低,棒-棒间隙放电电压的降低幅度要大于棒-板间隙。根据IEC 60071-2标准对海拔校正因数的计算结果在海拔高度为2 200m的地区与试验结果基本一致;但随着海拔高度的增加,计算结果与试验结果的差别越来越大:在海拔高度为4 300m和5 000m的地区,间隙距离约为2m时,计算结果比试验结果小10%以上。     

高海拔地区500kV变电站设备相间操作冲击放电特性

相间操作冲击放电特性是决定变电站设计尺寸的一个重要方面。为获得我国高海拔地区500kV变电站的设计依据,结合云南电网公司500kV建塘输变电工程,分别在3个不同海拔高度地区武汉(23m)、西宁(2 254m)、大武(3 742m),开展了模拟真型500kV变电站典型电极—软母线和均压环的相间操作冲击试验研究。利用升降法获得5～8m间隙距离内的相间操作冲击放电特性曲线,分析电压分配系数对相间间隙空气绝缘的影响,并按不同的海拔校正方法对试验结果进行校正分析和比较。试验表明:受海拔高度的影响,高海拔变电站设备相间操作冲击平均击穿场强较低海拔有明显的下降,相间操作冲击放电电压U50随着电压分配系数增大而增大。通过对比国内外不同海拔校正方法,建议高海拔地区500kV变电站均压环相间操作冲击海拔校正采用IEC 60071-2—1996标准的方法进行海拔校正;软母线相间操作冲击海拔校正采用带m因子的修正方法进行海拔校正。     

±1100kV直流输电工程换流变压器阀侧套管的设计

换流变压器阀侧套管作为换流变压器的关键组成部分,长期以来依靠进口,对其进行设计具有重要意义。为此,基于GB/T 22674—2008《直流系统用套管》及国家电网公司2011年5月份颁布的《±1 100千伏特高压直流输电工程设备研制技术规范-换流变压器册》技术规范,对准东-重庆±1 100kV特高压直流输电工程换流变压器阀侧套管结构型式、外绝缘、性能及关键技术进行了研究。结果表明:换流变压器阀侧套管结构比较复杂,采用充SF6式型式比较好;绝缘水平比换流变压器绕组绝缘水平要提高不等系数,其中雷电冲击耐受和操作冲击耐受提高1.05倍,直流耐受、极性反转和工频耐受试验水平提高1.15倍。根据研究结果给出了准东换流站换流变压器阀侧套管的技术参数,对±1 100kV特高压直流输电工程换流变压器阀侧套管的研制具有重要指导作用。     

高海拔换流站相间操作冲击放电特性分析

相间操作冲击放电特性是影响换流站设计尺寸的一个重要方面。我国正在设计建设的青藏高海拔直流联网工程拉萨换流站即将建在约4000m左右的高海拔地区,随着海拔的增加,空气间隙放电电压将明显下降。为解决青藏换流站空气间隙选择和海拔校正问题,首次在平原地区以及近4000m高海拔地区,利用升降法开展换流站真型构架典型电极相间操作冲击试验研究,得到典型电极相间操作冲击放电特性曲线。结合现有标准中海拔及气象校正公式进行分析和比较,并给出校正因数,同时,基于不同海拔点试验数据拟合出线性形式的海拔校正算式。研究结果表明,受到海拔高度影响后,高海拔换流站典型电极相间操作冲击平均击穿场强比低海拔低近40%,提出线性形式校正方法的校正误差小于现有标准中推荐方法,其校正误差绝对值可以控制在4%。     

Bushings Design of Converter Transformer＇s Valve Side of UHVDC Transmission Project

换流变压器阀侧套管作为换流变压器的关键组成部分,长期以来依靠进口,对其进行设计具有重要意义。为此,基于GB/T 22674—2008《直流系统用套管》及国家电网公司2011年5月份颁布的《±1 100千伏特高压直流输电工程设备研制技术规范-换流变压器册》技术规范,对准东-重庆±1 100kV特高压直流输电工程换流变压器阀侧套管结构型式、外绝缘、性能及关键技术进行了研究。结果表明：换流变压器阀侧套管结构比较复杂,采用充SF6式型式比较好;绝缘水平比换流变压器绕组绝缘水平要提高不等系数,其中雷电冲击耐受和操作冲击耐受提高1.05倍,直流耐受、极性反转和工频耐受试验水平提高1.15倍。根据研究结果给出了准东换流站换流变压器阀侧套管的技术参数,对±1 100kV特高压直流输电工程换流变压器阀侧套管的研制具有重要指导作用。     

±1100kV特高压直流支柱绝缘子关键技术

为了提高±1 100 kV特高压直流换流站外绝缘的安全性和可靠性,研究了±1 100 kV特高压直流支柱绝缘子的空气间隙外绝缘、污秽和机械强度等关键技术问题。根据±1 100 kV特高压直流支柱绝缘子技术参数,结合±800 kV特高压直流支柱绝缘子设计,提出了±1 100 kV特高压直流支柱绝缘子技术难题的解决方法,以期为±1100 kV直流支柱绝缘子提供设计依据,为工程的建设和运行提供技术支撑。     

±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究

采用静电场有限元数值方法,对自主研发的±500 kV柔性直流换流阀的内绝缘和外绝缘特性进行了分析计算。按照子模块最大保护电压,校核换流阀的内绝缘特性;按照阀支架雷电冲击试验,校核换流阀的外绝缘特性。计算结果表明,自主化±500 kV柔性直流换流阀阀塔内部空气中最大电场强度为1.017 kV/mm,屏蔽系统最大电场强度为1.619 kV/mm,底部支撑绝缘子处最大电场强度为2.941 kV/mm。以3 kV/mm作为起晕场强判据,雷电冲击试验下,阀支架无起晕现象。试验结果表明,采用当前换流阀设计方案,换流阀顺利通过型式试验,无闪络、击穿放电现象,冷却系统无损坏。研究结果为±500 kV柔性直流输电系统换流阀绝缘设计提供了参考。     

高海拔地区500kV变电站典型电极的外绝缘特性

为获得我国高海拔地区500kV变电站的设计依据,结合云南500kV建塘输变电工程,分别在武汉(海拔23m)、西宁(海拔2 254m)、大武(海拔3 742m),开展了模拟真型500kV变电站构架典型电极的操作冲击、雷电冲击放电特性试验研究,获得了3～6m间隙范围内操作冲击和雷电冲击放电特性曲线,并按不同的海拔校正方法对试验结果进行了校正比较和分析。试验表明:在相同的相-地间隙条件下,雷电和操作冲击的50%放电电压U50的随着海拔高度的增加而降低,但其降低趋势和程度有差异;同时操作冲击50%放电电压U50的饱和程度随着间隙距离的增加而变大。通过对比国内外不同海拔校正方法,提出适合500kV建塘输变电工程的海拔校正方法,建议高海拔地区500kV变电站雷电冲击校正方法可采用IEC 60071-2:1996标准进行海拔校正;相-地间隙操作冲击校正方法采用带m因子的修正方法进行海拔校正。     

±1100kV特高压换流阀直流耐压试验方法研究

为满足±1 100kV特高压直流换流阀绝缘型式试验实施,针对±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验实施方法进行了研究,通过理论分析,仿真计算以及利用ANSYS有限元软件进行电场强度计算,依据现有试验条件,计算得出电场强度最大值为22kV/cm,低于空气击穿场强30kV/cm。若不考虑气候条件的影响,现有试验室空间、试验方法设计及设备满足±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验的要求。完成了满足IEC标准特高压换流阀直流耐压试验要求的试验原理及试验方法研究,为±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验的实施提供了理论依据。     

基于高海拔的±500 kV光触发换流阀外绝缘设计研究

当高压设备位于海拔1 000 m以上的高海拔地区时,就会引起电气设备外绝缘强度的降低。为了解决高海拔地区换流阀的外绝缘设计问题,文中结合云南永仁站(站址海拔1 800 m)±500 k V光触发晶闸管换流阀的外绝缘设计,采用g参数法计算了换流阀组件和阀塔内关键位置的最小空气净距,同时用Ansys软件进行仿真分析,并进行了相关试验验证。研究结果对换流阀的结构设计具有指导意义,同时也表明,永仁站换流阀的外绝缘设计合理,能够满足高海拔运行的要求。     

±1100 kV特高压直流换流阀冲击电压试验能力研究

为满足±1100 kV特高压直流换流阀绝缘型式试验要求,针对±1100 kV特高压换流阀冲击电压试验实施方法进行研究。采用伽辽金边界元法分析了冲击本体屏蔽罩的表面电场分布,依据试验室现有条件,研究屏蔽罩表面场强随其半径的变化规律,提出场强的控制措施,从而抑制电晕产生,防止阀试验大厅空气间隙的击穿。根据 IEC 标准,提出满足±1100 kV特高压换流阀冲击试验要求的电路拓扑,研究等效负载的设计,为±1100 kV特高压换流阀冲击试验的实施提供理论依据。     

棒-板间隙操作冲击放电电压的海拔校正

目前我国有越来越多的输电工程都途经高海拔地区,如何对间隙放电进行海拔校正是工程设计中需要着重考虑的一个因素。为了更深入研究海拔高度对棒-板间隙操作冲击放电特性的影响,在北京、贵阳、西宁和羊八井进行了棒-板间隙操作冲击放电特性试验,根据试验数据,对目前常用海拔校正方法的校正结果进行了比较分析。同时,也利用其它校正方法对试验数据进行了校正,包括3种插值方法以及校正参数随间隙距离变化的2种校正方法。可以得出,现有海拔校正方法不适用于0～4300m海拔高度范围棒-板间隙的海拔校正,线性插值方法和校正参数随间隙距离变化的海拔校正方法误差较小,工程设计中推荐采用这2种方法。