李俊輝　盧鵬旭　王文豪　趙重陽

摘 要：該文根據(jù)以往±500 kV、±660 kV和±800 kV換流站閥廳和直流場(chǎng)金具的調(diào)研情況，結(jié)合±1 100 kV換流站特點(diǎn)，對(duì)±1 100 kV閥廳和直流場(chǎng)極線金具屏蔽模塊及通流模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提出設(shè)計(jì)建議。

關(guān)鍵詞：±1 100 kV換流站;直流金具;模塊設(shè)計(jì)

中國(guó)分類號(hào)： TM723? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

換流站閥廳和直流場(chǎng)設(shè)備眾多，連接方式多種多樣，連接金具一般由固定支撐金具、伸縮導(dǎo)流金具及均壓屏蔽金具組合而成，組合金具從功能上可以分為通流部分、屏蔽部分和機(jī)械支撐部分三大模塊，電流和電壓等級(jí)的提升對(duì)金具通流模塊和屏蔽模塊提出了更高的要求，該文根據(jù)對(duì)以往±500 kV、±660 kV和±800 kV換流站閥廳和直流場(chǎng)金具調(diào)研情況，結(jié)合±1 100 kV換流站特點(diǎn)，提出±1 100 kV換流站閥廳和戶內(nèi)直流場(chǎng)極線金具通流模塊及屏蔽模塊的設(shè)計(jì)方案。

1 直流金具調(diào)研

換流站直流金具的主要類型有屏蔽金具、通流金具等。在電壓等級(jí)較低時(shí)，如中性線、接地極區(qū)域，金具主要考慮采用外部倒角的方法防電暈，不需要增加專門的均壓裝置[2]。隨著電壓等級(jí)的提升，金具主要采用均壓環(huán)和均壓球屏蔽結(jié)構(gòu)，均壓環(huán)由直徑80 mm增大到300 mm，均壓球直徑從直徑1 000 mm增加到1 800 mm。通流金具隨著輸電容量的增加，考慮到電流的增大和導(dǎo)線防電暈要求，分裂數(shù)從四分裂增加到八分裂，導(dǎo)線規(guī)格也從JL-630提高到JL-1250?！?00 kV/5 000 A、±800 kV/6 250 A換流站閥廳二通、三通金具通流軟導(dǎo)線選擇了8×JL-900或6×JL-1120鋁絞線。

2 ±1 100 kV特高壓直流工程特點(diǎn)

電壓由±800 kV提升到±1 100 kV，相應(yīng)極線操作沖擊耐受電壓也由1 600 kV 提升至2 100 kV。由于放電特性曲線的飽和特性，操作沖擊條件下要求安全空氣凈距會(huì)有極大增加。以棒板間隙為例，操作沖擊耐受電壓1 600 kV條件下，最小安全空氣凈距為9 m左右，操作沖擊耐受電壓2 100 kV條件下，最小安全空氣凈距增加了100%為18 m左右。在±1 100 kV直流工程中，由于輸電電壓的提升，直流場(chǎng)極線部分由戶外安裝改為戶內(nèi)安裝，電氣布置更加緊湊。電壓和設(shè)備安裝環(huán)境的變化對(duì)均壓裝置的尺寸和外形設(shè)計(jì)提出了更高的要求。均壓裝置尺寸增大，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，加工難度也隨之增大，加工精度和表面質(zhì)量都難以保證。所以，不能簡(jiǎn)單通過放大均壓裝置尺寸來滿足±1 100 kV工程的要求，必須要對(duì)金具外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如從單一球結(jié)構(gòu)變化為復(fù)雜的空間曲面結(jié)構(gòu)，以降低均壓裝置的表面場(chǎng)強(qiáng)。

3 ±1 100 kV直流金具屏蔽模塊設(shè)計(jì)分析

從對(duì)以往直流工程的調(diào)研情況來看，±800 kV換流站閥廳金具防電暈措施一般采用在通流金具和支撐金具外面設(shè)計(jì)屏蔽球的方法，直流場(chǎng)金具一般采用加裝均壓環(huán)的方法?！? 100 kV換流站相比±800 kV換流站電壓等級(jí)更高，相應(yīng)極線操作沖擊耐受電壓也由1 600 kV 提升至2 100 kV，而且直流場(chǎng)極線部分采用了戶內(nèi)布置的形式，相對(duì)應(yīng)的閥廳和直流場(chǎng)金具屏蔽模塊結(jié)構(gòu)也應(yīng)有較大的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足±1 100 kV直流工程的電氣性能的要求。對(duì)于±1 100 kV直流工程來說，直流場(chǎng)極線金具與閥廳金具連接形式及防電暈特性相似，對(duì)戶內(nèi)直流場(chǎng)和閥廳金具屏蔽模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，支柱絕緣子、懸垂絕緣子及換流變、穿墻套管及避雷器等設(shè)備連接金具的屏蔽模塊均采用鼓形屏蔽罩、鼓形和球形組合屏蔽罩（上半部分為鼓形，下半部分為球形，或者上半部分為球形，下半部分為鼓形的組合屏蔽罩）代替±800 kV換流站的球形屏蔽罩。

分別對(duì)2 m球形屏蔽金具和2 m鼓形金具建立三維模型，模擬球形金具和鼓形金具距地、距墻和屋頂都為12 m，加載直流電壓為±1 100 kV進(jìn)行電場(chǎng)仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2所示。從仿真計(jì)算結(jié)果可以看出，屏蔽球?qū)Φ氐淖畲髨?chǎng)強(qiáng)通常位于屏蔽球距離地面最近位置，如果采用支柱絕緣子或者懸吊絕緣子時(shí)，需在該位置進(jìn)行開洞和倒角處理，進(jìn)一步加劇該部位電場(chǎng)強(qiáng)度分布的劣化，對(duì)比同尺寸的球形屏蔽金具和鼓形屏蔽金具，鼓型金具該位置的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)明顯低于球形金具，可有效降低屏蔽裝置該區(qū)域的表面電場(chǎng)[3]。由于±1 100 kV極線上設(shè)備及金具表面電場(chǎng)處于深度飽和狀況，極易發(fā)生放電，為了改善均壓裝置的表面場(chǎng)強(qiáng)，增大設(shè)備的安全系數(shù)，建議±1 100 kV極線上的屏蔽裝置采用鼓型金具。

4 ±1 100 kV直流金具通流模塊設(shè)計(jì)分析

該文選取典型的管母接續(xù)金具通流模塊二通、三通金具進(jìn)行設(shè)計(jì)。二通、三通金具由管母抱箍和鋁絞線焊接而成，管母抱箍大小主要取決于管母線直徑及額定電流[1]。針對(duì)±1 100 kV換流站，額定電流6 250 A，二通金具通流模塊的設(shè)計(jì)包括管母抱箍和通流軟導(dǎo)線選擇及布置方式設(shè)計(jì)?？紤]到通流軟導(dǎo)線的變形難易程度、布置的美觀性以及經(jīng)濟(jì)性，選擇8根鋁絞線作為通流軟導(dǎo)線，充分考慮通流裕度，該文設(shè)計(jì)中選擇8×JL-1000鋁絞線作為通流軟導(dǎo)線，管母直徑為Φ350。繪制二通通流金具三維模型如圖3所示。

設(shè)計(jì)3套金具模擬YY側(cè)換流變套管金具、懸吊金具和上閥塔金具組成串形。如圖4所示，YY側(cè)換流變套管金具和懸吊金具通流模塊軟導(dǎo)線采用8×JL-1000鋁絞線，上閥塔金具通流模塊軟導(dǎo)線6×JL-1120鋁絞線，對(duì)組裝成串形金具進(jìn)行溫度場(chǎng)仿真計(jì)算，對(duì)比8×JL-1000鋁絞線與6×JL-1120鋁絞線溫度場(chǎng)情況。從圖5和圖6計(jì)算結(jié)果中可以看出上閥塔金具的6×JL-1120鋁絞線的電流密度較大，溫升最高，通流能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有8×JL-1000鋁絞線組成的換流變套管金具和懸吊金具的通流能力強(qiáng)。

5 結(jié)論

對(duì)于屏蔽模塊，建議±1 100 kV極線上的屏蔽裝置采用鼓型金具。

對(duì)于通流部分建議采用8×JL-1000鋁絞線作為通流導(dǎo)線。

參考文獻(xiàn)

[1]丁永福，王祖力，張燕秉，等.±800 kV特高壓直流換流站閥廳金具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J].高壓電器，2013，49（9）：13-18.

[2] 劉小剛，王茂忠，種芝藝，等.±500 kV閥廳電氣連接及金具設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].電力建設(shè)，2011，32（9）：24-29.

[3] 劉士利，王澤忠，孫超.應(yīng)用伽遼金邊界元法的直流換流站屏蔽罩表面場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（5）：223-227.