特高壓直流輸電系統用直流轉換開關的介紹及應用

武艷艷，劉 偉，馬小琴，李 永，尹 航，張黎陽

（西安西電高壓開關有限責任公司，陜西 西安 710018）

1 概述

直流轉換開關是高壓直流輸電系統中的關鍵設備，是每一項遠距離高壓直流輸電工程中必不可少的換流站主要設備，主要用于進行直流輸電系統各種運行方式及接地系統的轉換等，其關系到輸電系統的可靠性、可利用率和可維護性。目前，我國已經建設和正在建設的±800 kV特高壓直流輸電線路有云南—廣東特高壓輸電工程、向家壩—上海特高壓輸電工程、酒泉—湖南特高壓輸電工程、扎魯特—青州特高壓輸電工程、山西晉北—江蘇南京特高壓輸電工程、滇西北—廣東特高壓輸電工程等[1]。

2 直流轉換開關

一個高壓直流輸電系統中一般需要4種類型的直流轉換開關，分別是金屬回線轉換開關MRTB、大地回線轉換開關GRTS、中性母線開關NBS和中性母線接地開關NBGS[2]。直流轉換開關在直流系統中的安裝位置見圖1.

圖1 直流轉換開關在直流系統中的安裝位置

2.1 直流轉換開關的開斷原理

2．1．1 基本原理

無源型直流轉換開關一般由開斷裝置、電容器C、電抗器L（視情況決定是否需要）、避雷器及絕緣平臺等設備組成，其中，電容器、電抗器和避雷器為電氣連接部分，絕緣平臺為非電氣連接部分，電容器和電抗器串聯構成L-C回路，分別與開斷裝置和避雷器并聯組成3條并聯支路，如圖2所示。無源型直流轉換開關產生振蕩電流的方式為自激振蕩，這種自激振蕩式高壓直流轉換開關利用交流斷路器氣吹電弧的不穩定性和負阻特性，產生幅值逐漸增大的自激振蕩電流，疊加至待開斷的直流上，產生人工電流過零點，完成電流轉移。

圖2 直流轉換開關一次電路圖

2．1．2 開斷過程

在開斷裝置斷口觸點分開時，電弧電壓在開斷裝置與L-C支路構成的環路中激起振蕩電流，振蕩電流的幅值逐漸增大，當振蕩電流反向峰值等于直流電流時，流過開斷裝置的電流過零，斷口處的電弧熄滅。交流斷路器成功開斷轉換電流，實現開斷。電弧熄滅后，流過開斷裝置斷口的直流電流被轉移到L-C支路，并在很短的時間內將電容器充電到避雷器的動作電壓水平，此電壓稱為“轉換電壓”；接著避雷器動作，電容器支路中的電流又被轉移到避雷器中，隨后流過避雷器的電流漸漸減小，直至為零。

2.2 主要技術參數

西開公司研制的ZZLW2-100/Y5500-5100特高壓直流轉換開關為國內特高壓直流輸電用直流轉換開關首臺研制成功的產品，其主要技術參數如表1所示。

表1 特高壓直流轉換開關主要技術參數

圖3 ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉換開關MRTB外形圖

2.3 ZZLW2-100/Y5500-5100結構介紹

ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉換開關包括4種類型的產品，分別是MRTB、GRTS、NBS和NBGS，其中，MRTB、GRTS和NBS結構類似，主要由開斷裝置、電容器、電抗器、避雷器及絕緣平臺組成，電容器、電抗器和避雷器安裝在絕緣平臺上，開斷裝置為一相雙斷口T型結構的363 kV斷路器，其結構見圖3；NBGS結構只包括一相雙斷口T型結構的斷路器，具體結構見圖4.

圖4 ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉換開關NBGS外形圖

圖5 運行在金華換流站的NBGS

圖6 運行在晉北換流站的MRTB

圖7 運行在晉北換流站的GRTS

3 工程應用情況

ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉換開關目前成功應用在±800 kV溪洛渡左岸—浙江金華特高壓直流輸電工程和山西—江蘇±800 kV特高壓直流輸電工程中，其中，溪洛渡左岸—浙江金華換流站產品NBGS自2014年3月投運以來，一直運行良好，沒有出現過任何問題。山西—江蘇±800 kV特高壓直流輸電工程中，我公司供貨4種結構的產品，目前已經全部安裝和驗收完畢，而且在2017年6月在現場對MRTB進行了5 000A的直流轉換電流試驗，試驗一次成功通過，實現了特高壓直流輸電工程直流轉換開關的首次全面國產化應用。

圖8 運行在晉北換流站的NBS

圖5為運行在金華換流站的NBGS，圖6為運行在晉北換流站的MRTB，圖7為運行在晉北換流站的GRTS，圖8為運行在晉北換流站的NBS，圖9為運行在晉北換流站的NBGS。

圖9 運行在晉北換流站的NBGS（帶轉換能力）

4 結束語

特高壓直流轉換開關是直流換流站的關鍵設備，本文綜述了特高壓直流輸電系統用直流轉換開關的原理、結構及工程應用情況。由于直流輸電與傳統的交流輸電相比具有桿塔結構簡單、線路造價低、損耗小、運行方式靈活、適合于遠距離大容量輸電等優點，因此近年來其發展迅速，且直流轉換開關具有很好的發展前景。

［1］袁清云.特高壓直流輸電技術現狀及在我國的應用前景［J］.電網技術，2005，29（14）：1-3.

［2］西安高壓電器研究所，南方電網技術研究中心.GB/T 25309—2010高壓直流轉換開關［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［3］趙畹君.高壓直流輸電工程技術［M］.北京：中國電力出版社，2004.