我国电网采用特高压送电方案的研究——过电压及绝缘配合部分

按２０１０年华中、华东５００ｋＶ网架和选定的１１５０ｋＶ特高压网络接线方案，对特高压输电进行了过电压和绝缘配合的研究。计算表明，过电压水平较高，当改变保护操作方式后，过电压水平得到降低，采用可控并联电抗器，是进一步降低过电压水平重要措施之一。根据我国金属氧化物避雷器（ＭＯＡ）制造水平，拟定了特高压ＭＯＡ主要特性参数，以确定特高压电气设备绝缘水平，从而利于开展特高压输电的研究工作。     

特高压交流避雷器TOV极限耐受能力试验研究

限制过电压、降低绝缘水平、提高运行可靠性是特高压交流工程中非常重要的课题。避雷器的保护水平与其额定电压Ur紧密相关,通常避雷器的Ur需大于系统最大工频暂时过电压值(TOV)。但是为了满足特高压变电站设备的过电压和绝缘水平的苛刻要求,避雷器的保护水平又要尽可能低。降低特高压避雷器保护水平的方法有降低压比和降低避雷器额定电压2种方法。尽管特高压避雷器已经采用4柱电阻片并联结构等多种方法来降低压比,但受技术、经济条件等限制,压比不可能大幅度降低。选择MOA额定电压是一项复杂的辩证科学,需在上述矛盾的两方面找到平衡点。为此通过大量的试验分析了特高压避雷器耐受TOV的极限能力,掌握了在不影响保护水平的情况下特高压避雷器自身的安全裕度,证明了当前特高压用避雷器的安全性和可靠性,并论证了避雷器额定电压存在进一步降低的可能性。     

特高压避雷器的结构设计及主要性能参数

<正>特高压避雷器安装在变电站主要电气设备附近,用来限制雷电和操作过电压,以起到保护特高压变电站电气设备的作用。避雷器的保护特性直接影响着变电站设备冲击绝缘水平和空气间隙距离的选取,是变电站绝缘配合的基础。同时,避雷器与高压电抗器和断路器合闸电阻一起,起到限制     

± 800 kV向家坝—上海直流工程换流站绝缘配合

±800 kV向家坝—上海直流输电工程中换流站绝缘配合是直流特高压输电工程的关键技术之一。分析了换流站的避雷器保护配置方案、绝缘配合的原则和换流站过电压防护的策略，并计算了避雷器的参数与特性，分析了设备的过电压保护和绝缘水平，初步给出了换流站空气间隙的放电电压。这些绝缘配合的数据对换流站设备的选型和制造有指导意义。     

±1000kV级直流输电工程系统过电压抑制和绝缘配合

换流站过电压抑制和绝缘配合是±1 000kV级特高压直流输电工程的关键技术之一,对降低设备的绝缘水平和制造难度具有重要的意义。为此,论述了抑制±1 000kV级特高压直流换流站电气设备上的过电压措施及高性能避雷器参数的选取,指出提高避雷器的荷电率和减小避雷器的残压比是降低避雷器保护水平的重要措施,并详细介绍了采用高性能避雷器降低设备绝缘水平的可行性。给出了±1 000kV级特高压直流输电工程设备绝缘配合方法—确定性法,该方法须通过仿真计算可确定合理的避雷器配合电流和配合电流波形,以准确地进行绝缘配合。通过计算,给出了±1 000kV级特高压直流设备冲击绝缘水平的推荐值:±1 000kV、±1 100kV直流极线的操作/雷电冲击绝缘水平分别为1 900kV/2 250kV、2 050kV/2 400kV;±1 000kV、±1 100kV换流变阀侧Y绕组端子/D绕组端子的操作冲击绝缘水平分别为1 950kV/1 500kV、2 050kV/1 600kV。同时,根据线路过电压沿线分布的研究结果,建议线路杆塔绝缘配置应结合线路过电压幅值、分布特性和沿线海拔高度综合分析,并采用分段设计原则以使线路杆塔的造价更加经济合理。     

特高压输电系统绝缘问题的综述

特高压输电是当前我国电力系统领域的热点,在我国"西电东送,南北互供,全国联网"的电力发展战略中扮演重要的角色。电压等级的提高给特高压输电系统绝缘带来了严峻的挑战。综述了特高压系统过电压的特点,讨论了变电设备(包括变压器、断路器和气体绝缘金属封闭开关设备)的绝缘水平,并从特高压线路绝缘子串及片数的选择、空气间隙的选择和特高压用的支柱绝缘子和套管几方面讨论了特高压线路的绝缘水平。结合中国实际情况和国外特高压系统的运行经验,给出了特高压系统绝缘配合的一些建议,分析了特高压系统对避雷器的要求,氧化锌避雷器(MOA)以其突出的优点将成为我国特高压避雷器的首选,自主研制高性能的ZnO阀片是发展特高压MOA的关键。     

±800 kV向家坝-上海直流工程换流站绝缘配合

±800 kV向家坝-上海直流输电工程中换流站绝缘配合是直流特高压输电工程的关键技术之一.分析了换流站的避雷器保护配置方案、绝缘配合的原则和换流站过电压防护的策略,并计算了避雷器的参数与特性,分析了设备的过电压保护和绝缘水平,初步给出了换流站空气间隙的放电电压.这些绝缘配合的数据对换流站设备的选型和制造有指导意义.     

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。     

1000kV变压器绝缘水平的探讨

1000kV变压器是特高压交流输电工程最关键的设备之一。文章对1000kV变压器3个绕组(高压绕组1000kV,中压绕组500kV,低压绕组110kV)之间的过电压和绝缘配置进行了深入探讨,以期进一步完善特高压系统的绝缘配置、改善特高压变压器抵御过电压的能力和运行工况。推荐了1000kV变压器500kV绕组高性能避雷器的参数,可为降低变压器500kV绕组的绝缘水平、改进特高压变压器的结构设计及提升容量等提供参考。     

1000kV输电系统中性点小电抗过电压和绝缘水平

为深入研究系统中性点电抗的过电压和绝缘水平,首先指出简单地断开两相高抗来确定该过电压不符合实际运行情况且严重偏高,提出了1000kV交流同塔双回输电系统中性点小电抗的过电压计算方法、应考虑的工况;采用稳态计算确定暂态过电压,采用瞬态计算确定瞬态过电压和避雷器吸收能量介绍了淮南至上海1000kV交流同塔双回输电系统的计算结果。根据中性点过电压水平提出中性点避雷器的额定电压并进行了故障或操作状态下避雷器吸收能量的校核;依据避雷器的保护水平和中性点的各类过电压计算值提出了中性点绝缘水平要求值并建议在进行小电抗工频耐压试验的过程中同时检测局部放电量。最后对长治特高压变电站中性点小电抗在调试时的故障原因进行分析,并介绍了国内外中性点小电抗绝缘水平的选择情况及运行经验。     

降低1000kV变电站避雷器额定电压的可行性

为了优化绝缘配合,提高工程经济性,通过对特高压变电站金属氧化物避雷器(MOA)在不同系统过电压下吸收的最大能量的计算和对我国3个制造企业的MOA电阻片在荷电率为95%条件下的老化性能试验的分析,指出我国1 000kV变电站MOA的额定电压由828kV降低至804kV甚至更低(如780kV)是安全和可行的。额定电压降低至804kV或780kV,可使MOA保护水平分别降低2.9%或5.8%。变电站过电压水平随着MOA保护水平的降低而降低。通过对我国后续1 000kV输电工程变电站过电压计算表明,变电站雷电过电压水平和相地操作过电压可分别降低3%或5%,从而可以提高变电站绝缘安全裕度,或者降低绝缘水平,或降低对变电站进线段最大绕击电流的要求。同时通过对500kV和750kV系统MOA的额定电压进行分析,提出了其降低额定电压的建议。     

1000kV特高压变电站防雷保护和设备绝缘水平

结合我国1000kV晋东南—荆门—南阳试验示范工程系统过电压的计算结果,论述了绝缘配合方法的原理,推荐了本工程变电站的设备绝缘水平。同时对我国已运行的500kV和750kV变电站的直击雷设计和运行经验进行了总结分析,并对1000kV特高压变电站直击雷防护中存在的一些特殊设计问题进行了计算研究,推荐了1000kV变电站对直击雷的防护方法。还对晋东南变电站、南阳开关站和荆门变电站雷电侵入波进行了模拟计算,计算出各种运行方式下变电站开关站的安全运行指标,并根据计算推荐了确保每个变电站安全运行年(1500～2000a)时的避雷器保护方案。     

交流1000 kV避雷器第6级线路放电试验参数设计

从3个方面即试验方法的合理性、等价性、实用性出发,讨论和分析了1000kV特高压交流系统用无间隙金属氧化物避雷器的线路放电试验方法。并以我国1000kV特高压交流线路实际参数和预期过电压标么值为参考,试定义了可以满足1000kV避雷器2次线路放电注入的能量>40MJ要求的第6级线路放电试验参数,规范了第6级线路放电的试验方法,可供我国1000kV避雷器标准制定时参考。     

110和220kV不接地运行变压器中性点保护方式

为保护110、220 kV不接地运行变压器中性点绝缘,并克服间隙、避雷器等现有保护方式存在的缺陷,推荐一种新型可控间隙与金属氧化物避雷器并联保护方式,可控间隙与避雷器共同配合以实现对变压器中性点的有效保护。当系统发生单相接地且失地或非全相运行故障时,可控间隙动作以保护变压器中性点绝缘,同时,避雷器被短接,以免避雷器在工频过电压下运行发生危险。雷电过电压下,可控间隙不动作,由避雷器动作限制变压器中性点过电压。其他过电压下,可控间隙和避雷器均不动作,变压器中性点绝缘能够耐受。可控间隙与避雷器并联保护方式可有效保护变压器中性点绝缘,并解决了现有保护方式存在的问题,具有一定的工程应用价值。     

1000kV紧凑型输电线路的电气参数及电磁暂态分析

分析1 000 kV紧凑型线路的电气参数、工频过电压、潜供电流、操作过电压等,并与常规型线路进行比较。结果表明,紧凑型线路的自然功率较大,其电气参数的平衡性较好;为满足限制工频过电压和潜供电流的要求,紧凑型线路需要较大的高抗容量,其中性点小电抗的阻值也较大。研究发现,紧凑型线路高抗中性点电压较高,在算例中超过了特高压示范工程中相应的耐压水平;为此,建议适当提高线路高抗中性点的绝缘水平。此外,鉴于紧凑型线路的相间距离明显小于常规型线路,还应注意校核相间绝缘水平。必要时,可以考虑采用四星接法MOA来限制紧凑型线路的相间操作过电压。     

半波长输电线路故障暂态过电压特性研究

阐述了半波长输电线路故障暂态过程的沿线电压分布特性,构建了典型特高压半波长输电线路的仿真模型,采用电磁暂态计算程序对线路单相接地故障、自动重合闸过程的过电压进行了分析,研究了线路传输功率、人工调谐网络、线路长度等因素对线路故障暂态过电压的影响。分析了沿线装设多组避雷器对半波长输电线路故障暂态过电压的抑制效果,研究了避雷器的安装位置与安装数量对故障暂态过电压水平的影响。仿真结果表明,沿线装设5组避雷器时,半波长输电线路故障暂态过电压水平可限制在1.60 pu以下,但对避雷器的通流容量要求较高。研究结果为发展半波长交流输电技术提供了参考依据。     

对我国特高压输电系统过电压和绝缘配合的建议

参考国内外研究成果,分析我国下一世纪初可能要建设的特高压输电系统限制过电压、潜供电流的主要方法和限制后过电压、潜供电流的水平并选择了ＭＯＡ 的参数。在此基础上,对特高压系统的主要变电设备（包括变压器、断路器、隔离开关、电抗器和ＭＯＡ）和输电线路的绝缘水平提出了建议,以供我国特高压设备研制和线路变电所设计参考     

Switching surge overvoltages on the feeding system of a MAGLEV train

This paper investigates switching surge overvoltages due to a section switchgear between coils and a feeding cable, and surge overvoltages due to a ground fault in the feeding cable. The maximum overvoltage due to switchgear closing is about 25 kV on the coil and 15 kV on the cable sheath. The coil overvoltage becomes greater as a source voltage reaches its peak. The overvoltages due to switchgear breaking is dependent on the breaking current and they reach 115 kV on the coil and 15 kV on the cable sheath when the current is 50 A. The fault surge overvoltage is about 24 kV on the coil which is smaller than the switching overvoltage. On the other hand, the cable sheath overvoltage reaches 32 kV, which is the largest among various overvoltages investigated in this paper, and could result in sheath insulation breakdown. The coil overvoltage due to current breaking by a section switchgear may cause coil insulation breakdown when the breaking current is large. Both the coil and sheath overvoltages can be controlled to less than the insulation level by arresters. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, (4): 58–66, 1998