±1100kV換流站直流金具結構分析

李俊輝　盧鵬旭　王文豪　趙重陽

摘 要：該文根據以往±500 kV、±660 kV和±800 kV換流站閥廳和直流場金具的調研情況，結合±1 100 kV換流站特點，對±1 100 kV閥廳和直流場極線金具屏蔽模塊及通流模塊的結構進行分析，提出設計建議。

關鍵詞：±1 100 kV換流站;直流金具;模塊設計

中國分類號： TM723? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

換流站閥廳和直流場設備眾多，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、屏蔽部分和機械支撐部分三大模塊，電流和電壓等級的提升對金具通流模塊和屏蔽模塊提出了更高的要求，該文根據對以往±500 kV、±660 kV和±800 kV換流站閥廳和直流場金具調研情況，結合±1 100 kV換流站特點，提出±1 100 kV換流站閥廳和戶內直流場極線金具通流模塊及屏蔽模塊的設計方案。

1 直流金具調研

換流站直流金具的主要類型有屏蔽金具、通流金具等。在電壓等級較低時，如中性線、接地極區域，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]。隨著電壓等級的提升，金具主要采用均壓環和均壓球屏蔽結構，均壓環由直徑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線防電暈要求，分裂數從四分裂增加到八分裂，導線規格也從JL-630提高到JL-1250。±800 kV/5 000 A、±800 kV/6 250 A換流站閥廳二通、三通金具通流軟導線選擇了8×JL-900或6×JL-1120鋁絞線。

2 ±1 100 kV特高壓直流工程特點

電壓由±800 kV提升到±1 100 kV，相應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，直流場極線部分由戶外安裝改為戶內安裝，電氣布置更加緊湊。電壓和設備安裝環境的變化對均壓裝置的尺寸和外形設計提出了更高的要求。均壓裝置尺寸增大，結構更加復雜，加工難度也隨之增大，加工精度和表面質量都難以保證。所以，不能簡單通過放大均壓裝置尺寸來滿足±1 100 kV工程的要求，必須要對金具外形進行優化設計，例如從單一球結構變化為復雜的空間曲面結構，以降低均壓裝置的表面場強。

3 ±1 100 kV直流金具屏蔽模塊設計分析

從對以往直流工程的調研情況來看，±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計屏蔽球的方法，直流場金具一般采用加裝均壓環的方法。±1 100 kV換流站相比±800 kV換流站電壓等級更高，相應極線操作沖擊耐受電壓也由1 600 kV 提升至2 100 kV，而且直流場極線部分采用了戶內布置的形式，相對應的閥廳和直流場金具屏蔽模塊結構也應有較大的優化設計，以滿足±1 100 kV直流工程的電氣性能的要求。對于±1 100 kV直流工程來說，直流場極線金具與閥廳金具連接形式及防電暈特性相似，對戶內直流場和閥廳金具屏蔽模塊進行優化設計，支柱絕緣子、懸垂絕緣子及換流變、穿墻套管及避雷器等設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進行電場仿真計算。計算結果如圖1、圖2所示。從仿真計算結果可以看出，屏蔽球對地的最大場強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，需在該位置進行開洞和倒角處理，進一步加劇該部位電場強度分布的劣化，對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場強明顯低于球形金具，可有效降低屏蔽裝置該區域的表面電場[3]。由于±1 100 kV極線上設備及金具表面電場處于深度飽和狀況，極易發生放電，為了改善均壓裝置的表面場強，增大設備的安全系數，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計分析

該文選取典型的管母接續金具通流模塊二通、三通金具進行設計。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±1 100 kV換流站，額定電流6 250 A，二通金具通流模塊的設計包括管母抱箍和通流軟導線選擇及布置方式設計。考慮到通流軟導線的變形難易程度、布置的美觀性以及經濟性，選擇8根鋁絞線作為通流軟導線，充分考慮通流裕度，該文設計中選擇8×JL-1000鋁絞線作為通流軟導線，管母直徑為Φ350。繪制二通通流金具三維模型如圖3所示。

設計3套金具模擬YY側換流變套管金具、懸吊金具和上閥塔金具組成串形。如圖4所示，YY側換流變套管金具和懸吊金具通流模塊軟導線采用8×JL-1000鋁絞線，上閥塔金具通流模塊軟導線6×JL-1120鋁絞線，對組裝成串形金具進行溫度場仿真計算，對比8×JL-1000鋁絞線與6×JL-1120鋁絞線溫度場情況。從圖5和圖6計算結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，通流能力遠遠沒有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。

5 結論

對于屏蔽模塊，建議±1 100 kV極線上的屏蔽裝置采用鼓型金具。

對于通流部分建議采用8×JL-1000鋁絞線作為通流導線。

參考文獻

[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構特點[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計特點[J].電力建設，2011，32（9）：24-29.

[3] 劉士利，王澤忠，孫超.應用伽遼金邊界元法的直流換流站屏蔽罩表面場強計算[J].電網技術，2011，35（5）：223-227.