特高压直流避雷器试验研究

特高压直流避雷器是特高压直流输电系统过电压保护的关键设备,决定了整个系统的绝缘水平、影响设备体积、造价和工程占地面积及造价。中国电力科学研究院根据研究需要,在特高压直流试验基地建设了一流的直流避雷器试验室,并开展了特高压直流避雷器的特性研究、关键技术研究和试验方法研究等。本文详细介绍了已经开展的研究内容和相应的试验设备及试验手段。     

特高压直流线路避雷器灭弧技术研究

介绍了特高压直流系统避雷器的配置方案,研究了直流避雷器产生电弧的原因,并由此提出了一种直流避雷器灭弧新方案,分析了该方案的理论依据,在现有避雷器在线监测系统的基础上设计了了避雷器灭孤系统,对一步改善避雷器在线监测系统性能提供了一种思路.     

特高压直流避雷器的技术特点与分析

文章介绍了特高压直流输电工程中所用的各种直流避雷器的作用,特别是±800kV直流换流站内典型的避雷器保护方案;以及不同位置的几种关键的直流避雷器如高压端阀避雷器(V1)、高能中性母线避雷器(E2H)、极母线避雷器(DB)、换流变阀侧避雷器(A1)、平波电抗器避雷器(DR)等所承受的波形;我国直流输电工程用避雷器的情况以及我国自主研发高压直流避雷器的应用进展。讨论了特高压直流避雷器与高压直流避雷器共有的特性参数如持续运行电压、配合电流、能量耐受和功率损耗等参数的变化特点,分析了特高压输电工程所特有的直流避雷器V1、E2H、A1、DR、DB的主要特性和作用,给出了这几种避雷器的几个主要配合参数和极母线避雷器的设计参数,讨论了特高压避雷器设计开发中要注意的电阻片容量和伏安特性、均流技术、污秽技术、均压技术等一系列关键技术。     

1000kV特高压避雷器型式试验方法的探讨

因试验设备容量和电压的限制,1000kV特高压避雷器的部分型式试验,需要从可行性和等价性两方面重新考虑确认。本文以瓷套型避雷器为例,对电压电流作用、残压控制进行了分析论证,对部分型式试验方法进行了可行性和等价性探讨,并给出结论与建议。GIS型避雷器的相关试验与此相同或类似,可参考之。目前1000kV特高压避雷器的型式试验早已全面完成。本文的目的在于总结积累经验、统一提高认识,将来更好地为其它交流特高压工程服务。     

特高压直流保护与避雷器动作特性配合分析

随着电压等级升高,特高压直流输电工程的过电压水平也明显增大,而直流控制保护整定和避雷器参数配置又都是从各自的角度出发进行选择的,因此,十分有必要对控制保护与避雷器动作特性的配合进行研究。用于特高压直流换流站绝缘配合研究的控制策略往往采用国际大电网会议（international council on large electric systems, CIGRE）推荐的简化控制策略,基于简化控制策略的保护动作时序和实际有一定差异,会对过电压和避雷器的仿真结果有较大影响。基于云广特高压直流输电工程实际控制保护策略,通过理论分析和仿真研究了交流侧相间冲击、最高YY换流变阀侧接地和金属回线开路3种典型过电压工况,对比了云广特高压工程实际控制保护不同的时延对避雷器动作特性的影响。在这3种工况下,云广特高压工程实际控制保护策略与避雷器配合满足运行要求,保护时延还有一定的可调节裕度,可供其他直流工程参考借鉴。     

特高压电抗器的现场直流泄漏试验

直流泄漏试验是考核电力设备绝缘性能的基本方法。本文介绍了在1000kV南阳开关站对特高压电抗器进行直流泄漏试验的情况,对正确开展特高压电抗器直流泄漏试验具有借鉴作用。     

金属氧化物避雷器直流高压试验探讨

直流高压试验是判断氧化锌避雷器性能较灵敏、有效的方法.本文简单介绍直流高压试验中导致数据异常的几种常见情况,并结合实际案例特别研究氧化锌阀片开裂以及击穿对直流高压试验结果的影响,探讨《输变电设备状态检修试验规程》中关于U1mA及0.75U1mA漏电流的标准限值的使用.     

增设拉线对特高压直流复合避雷器地震响应的影响分析

以特高压新松换流站±800 kV复合直流避雷器为研究对象,建立了增设拉线的避雷器有限元模型。开展了增设拉线的避雷器动力特性及拉线初始预应力的影响分析,计算了地震作用下增设拉线前后避雷器加速度、位移和应力响应。最后开展了不同拉线初始预应力对避雷器地震响应的影响分析。分析结果表明,设置拉线可以提高避雷器水平方向的刚度,从而提高避雷器的自振频率,且拉线初始预应力越大,避雷器基频值提升越明显。增大拉线初始预应力可以有效降低避雷器的地震响应,当拉线初始预应力在100~150 MPa时,避雷器地震响应降低最为明显;当拉线初始预应力达到200 MPa时,设置拉线可以较大幅度的降低避雷器套管根部应力响应,套管应力安全系数可由3.76提高至6.15,并可将避雷器在地震作用下的顶部位移响应降低50.2%,抗震加固效果显著。继续增大拉线初始预应力至大于200 Mpa时对避雷器的抗震能力提升不大。     

特高压直流试验线段杆塔设计研究

特高压直流试验基地是我国进行±800 kV 直流输电关键技术研究的第1 个特高压直流试验基地,试验线段由2 基88m 高、80 m 宽的门型直线塔, 2 基70 m 高的门型锚塔, 换极性塔和电源终端塔组成。根据试验功能要求: 门型直线塔2 层悬挂导线的60m 跨度横梁在垂直方向上下任意可调, 水平方向悬挂导线可任意移动、自动控制、调节及闭锁。在输电线路设计中, 这种功能要求在我国还没有先例。试验线段铁塔设计中包含的关键技术有塔型选型、结构布置、构造连接、计算分析、机械传动、自动控制装置等内容。     

特高压绝缘子和避雷器探讨

介绍了国内外特高压绝缘子和避雷器的研制，开发及运行状况，并阐述了国内外有机复合绝缘子，有机外套氧化锌避雷器的发展，应用现状以及在特高压输电工程中的应用前景。     

特高压直流母线MOA的电位与电场分布计算

分析了恒定电场的计算方法;根据特高压直流母线避雷器的结构,建立三维有限元模型,计算了其在直流持续运行电压下的电位电场分布;结果表明,在直流电压下,避雷器电阻片上承担相同的电压,防晕环的主要作用是降低局部产生过高场强和防止电晕;同时对该避雷器的防晕环进行了结构优化。     

高海拔特高压直流试验线路电磁环境初步试验研究

为了研究高海拔地区特高压直流输电线路电晕特性及环境影响,特高压工程(昆明)国家工程实验室在海拔2 100 m处建起一条长800 m的双极直流试验线段,并通过所建立电磁环境自动测试平台,在±(800～1 000)kV电压范围内对电磁环境的参数(RI、Es、Js、NA、CL)进行了长达一年的测量。分析结果显示,无线电干扰RI在极导线投影处达到峰值,处理后的RI值满足行业标准DL/T 1088—2008要求;在±800 kV双极运行时在正极导线在对地投影处的可听噪声NA与离子流密度Js值达到最大,所测量NA与Js数据皆满足行业标准的要求。通过与美国EPRI等机构提出的经验公式进行理论计算数据进行对比,发现在正极导线及外侧其测量值与计算值能够很好的吻合,但在负极侧有较大差异,意味着高海拔地区的导线电晕机理尚需进一步研究。     

特高压氧化锌避雷器电压分布的计算与试验

在特高压电网中,避雷器电压均匀分布是避雷器安全稳定运行的基础。通过电磁场计算和电路分析——场—路结合方法,计算特高压氧化锌避雷器电阻片的电压分布特性。通过试验调整均压环和施加集中电容改善避雷器的电压分布,使电压分布不均匀系数控制在±10%内。     

特高压直流输电系统换流站故障过电压研究

±800 kV特高压直流输电系统换流站内电容性和电感性组件较多,在发生短路故障时容易引起过电压现象。研究各种操作和故障情况下过电压的特性,保证系统的安全稳定运行非常重要。利用PSCAD仿真软件建立了±800 kV云南—广东特高压直流输电工程的模型,在换流站内选取了换流阀阀顶对中性母线短路故障和换流变压器阀侧单相接地两种典型故障工况进行了研究。结果表明阀顶对中性母线故障时非故障极线路过电压水平较高,在上组四个换流变压器阀侧绕组中高压端Y/Y绕组端子处单相接地时的过电压水平最高。     

±800kV直流换流站三种不同类型避雷器性能比较

基于目前特高压直流工程采取的双12脉动串联接线方式,分别计算了换流站相关位置使用ABB、西门子和中国西电集团西安西电避雷器有限责任公司三家不同避雷器时的操作过电压保护水平和避雷器耐受能量。通过比较三种避雷器下各点的绝缘水平,结果表明中国西电集团研制的避雷器性能与ABB和西门子公司的同类产品性能基本相同。     

800kV浙西特高压直流换流站暂态过电压研究

基于溪洛渡—浙西800 kV特高压直流输电工程,对浙西换流站的暂态过电压和各避雷器的负载进行详细仿真计算分析。在交流侧选取了交流母线三相接地、交流相间操作冲击和失交流电源3种典型故障工况;直流侧选取了最高端换流变Y/Y绕组阀侧单相接地、低压端换流变Y/Y绕组阀侧单相接地和全电压启动3种典型故障工况进行研究。分析结果表明:失交流电源是交流侧的最严酷工况,交流母线过电压771 kV,通过交流母线避雷器A的最大电流0.14 kA,最大能量2.07 MJ;最高端换流变Y/Y阀侧单相接地在换流阀两端产生过电压375 kV,通过阀避雷器V1最大电流2.32 kA,最大能量6.73 MJ;低压端换流变Y/Y阀侧单相接地,阀避雷器V3通过最大电流1.04 kA,最大能量2.84 MJ;全电压起动在直流极母线上产生1 330 kV的过电压,避雷器DB通过最大电流0.56 kA,最大能量4.35 MJ。     

特高压直流试验线段施工工艺探索

阐述了特高压直流试验基地的基本情况,介绍了试验线段的施工方案,特别是铁塔安装、架线施工的具体措施.基地试验线段施工工艺主要为组塔、架线施工.介绍了吊装高度84 m、长60 m、宽5 m、重近40 t门型直线塔横梁施工工艺与措施.阐述了对试验线段三个孤立档设计V型悬垂串加耐张串的型式,采用吊车安装、多档连续整体装配式架线施工的工艺.     

昆明特高压试验研究基地特高压直流试验线段设计

为保证云南至广东±800 kV特高压直流工程设计、建设的顺利进行和以后的安全运行,在昆明高海拔地区建设了特高压试验研究基地。试验基地的试验线段分为±800 kV直流和1 000 kV交流单回路试验线段,其中±800 kV直流单回路试验线段已成功带电投运。根据试验要求,在塔型设计、杆塔结构、可变金具串型式等方面做了探索性的研究和设计工作。     

特高压直流换流站分压器预试方法研究

为保持特高压直流分压器良好状态,以便发现问题及时处理,每年定期需要对其进行预防性试验。目前试验方法拆、接引线需要耗费大量人力、物力,既延长了停电时间,又因经常拆接引线可能造成设备及人员安全问题。结合特高压站安装在极线、中性线上的直流分压器自身结构特点,提出了不拆线测量高低压臂电容、分压比的试验方法,并在某变电站预防试验时运用该方法进行了实际测试。试验结果与历年试验数据对比表明,所提出的方法能在保证测试有效性的前提下,显著减少现场试验工作量。     

特高压直流试验线段的功能与方案设计

介绍了特高压直流试验线段的主要功能,提出了特高压直流试验线段的技术方案,主要包括试验线段长度、门型构架、锚塔、换极性塔和终端塔的结构型式和功能、引流线尺寸、跳线方式、金具、绝缘子以及主要设备的选型和参数。阐述了在特高压直流试验线段设计中如何实现各种技术要求。结果表明,已建成的特高压直流试验线段完全满足所需功能要求,已具备开展±1 200 kV以下各电压等级单回/同塔双回直流线路电磁环境试验研究能力。