SSB蓄电池特高压直流及柔性直流输电系统换流站绝缘配合研究

2026-01-04 19:46:19

摘要：特高压直流输电具备大容量、远距离以及低损耗等种种优点，±1100kV特高压直流输电身为一个全新样式的输电电压等级，极为适宜特大型能源基地朝着远方负荷中心输送电能。多端柔性直流输电跟传统直流输电相较有着诸多优势，特别适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电以及异步交流电网互联等众多领域。特高压直流输电和柔性直流输电是当今直流输电领域的两大热门焦点，代表着直流输电技术的顶尖水准。

由特高压直流、提及柔性直流、涉及±1100kV、关联换流站的绝缘配合、以及过电压这些内容所构成的关键词 。

我国能源资源存有分布不均的地域性特征，这一特征与经济发展相关，能源资源主要聚集于西部地区，然而负荷主要集中于中东部地区。为确保中东部地区的电力供应，必定要采取诸般相关技术举措把能源送往负荷中心。特高压直流输电具备超大容量、超远距离以及低损耗的特性，并且拥有灵活的调节性能，所以极其适合大型能源基地朝着远方负荷中心送电。特高压直流输电所讲的是电压等级达到±及以上的那种直流输电哦 ，一直到2013年的时候呢 ，在我国有云南至广东 ，还有向家坝至上海 ，以及锦屏至苏南这3条±800kV特高压直流输电工程已经成功建成并且投入运行啦 ，现在我国已然成为了在世界上直流输电电压等级居于最高水平 ，输送容量量处于最大状态的国家呢 。

1.国内研究现状

1.1特高压直流输电技术的研究现状

国家电网公司自2004年起，组织相关科研单位、设计单位以及高等院校，针对特高压直流的关键技术问题展开研究，收获了一系列重要成果。2007年，国家电网公司于北京建成了特高压直流试验基地。2008年，在西藏建成了高海拔直流试验基地。借助这些试验基地的建设，我国拥有了±1000kV及以下电压等级层面，特高压直流输电工程在不同海拔高度状况下的电磁环境、空气间隙放电特性、直流避雷器等设备关键技术的试验研究能力。在2010年的时候，向家坝至上海的±800kV特高压直流输电工程双极实现了投运，该工程额定的输送功率是6400MW，其输送的距离为1970km，此工程送端开始于四川复龙换流站，而受端换流站是上海奉贤换流站。 到2012年，锦屏至苏南的±800kV特高压直流输电工程双极进行了投运，该工程额定输送功率为7200MW，其工程全长是2059km。这个工程起始于四川裕隆换流站，终止于江苏同里换流站。除此之外，存在着“溪洛渡 - 浙西”，另有“哈密 - 郑州”等多条，属于±800kV特高压直流工程，正处于建设的进程当中。

1.2柔性直流输电技术的研究现状

我国针对柔性直流输电技术的研究开端较迟，在2011年的时候，我国首个柔性直流输电工程，即上海南汇风电场柔性直流输电示范工程正式实现投运，该工程的直流额定电压是±30kV，系统功率为18MW；在2013年12月，我国首个多端柔性直流输电工程，也就是南澳多端柔性直流输电工程投入运行，其直流额定电压为±160kV,除此之外，还有多条柔性直流输电工程正处于规划建设之中。

2.±1100kV特高压直流换流站绝缘配合

2.1换流站避雷器布置

氧化锌避雷器是换流站设备的主要保护装置，恰当合理的避雷器配置方案，对于提升直流系统运行的安全可靠性以及降低设备成本而言，有着至关重要的意义。特高压直流换流站避雷器配置存在这样一些基本原则，换流站交流侧出现的过电压，是由交流侧避雷器予以限制的；直流侧出现的过电压，是由直流侧避雷器进行限制的；换流站内重要的设备，通过紧靠它的避雷器直接实施保护；针对某些设备的保护，能够由一支或者好几支避雷器串联而成来达成，就像换流变阀侧套管的对地绝缘，是依靠多支避雷器串联起来实施保护的。

2.2避雷器参数确定

当换流站避雷器布置方案获得确定之后，便需要去确定避雷器的参数以及保护水平，而这二者是用于确定换流站设备的绝缘水平的 。相比交流避雷器，特高压直流避雷器种类繁杂异常；各避雷器性能参数间差异显著，极为突出；而且，鉴于直流输电系统里存在诸多电感、电容元件，于正常运行阶段都处于充电状况，储存着大量能量，一旦有一只避雷器动作，大部分能量会经由该避雷器泄放出去，所以换流站避雷器的通流容量要求比交流避雷器大得多；另外，正常运行时施加在避雷器两端的电压含有直流成分，致使避雷器发热情形严重，十分厉害。可知，特高压换流站直流避雷器的运行状况远比交流避雷器严峻，避雷器参数的选取是不是合理，对换流站设备的绝缘水准有着决定性的影响。

2.3换流站设备的过电压水平

在换流站里，交流母线侧的那些设备，主要是靠交流母线避雷器来实施保护的，此避雷器安装的位置呢，是紧挨着换流变以及每组的交流滤波器母线处。当交流系统当中出现各种各样的故障或者进行操作的时候，就会在换流站交流场的相关设备那儿产生过电压，而这些过电压主要是由该避雷器去加以限制的，决定这个避雷器最严酷工况的情况是交流系统三相接地故障以及故障清除 。

2.4换流站设备的绝缘水平

存在与±800kV特高压直流换流站不一样的情况，在±1100kV特高压直流工程当中，换流站交流侧有条件不同的两个交流电压等级，它们分别是500kV交流系统，以及750kV交流系统。其中，500kV交流侧设备的绝缘水平选取，可参照±800kV特高压直流，绝缘水平的确定，依照相关标准的推荐而实施，中华人民共和国国家标准GB311.1 - 1997《高压输变电设备的绝缘配合》，以及电力行业标准DL/T620 - 1997《交流电气装置的过电压和绝缘配合》，对500kV母线及设备的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平，可分别取为1550kV和1175kV 。

3.多端柔性直流换流站绝缘配合

3.1换流站避雷器布置

在现代直流输电系统当中，常常会采用无间隙金属氧化物避雷器，将其作为换流站过电压保护的关键设备。多端柔性直流输电系统发展历史不长，当下关于柔性直流换流站的避雷器布置还没有形成统一的布置原则。不过鉴于多端柔性直流输电系统电压等级低，避雷器布置能够参照常规高压直流输电系统，进而可以归纳得出柔性直流换流站的避雷器布置原则，具体如下：

换流站交流侧所产生的过电压，通过交流侧的避雷器予以限制，交流母线避雷器应当承担主要的限制过电压的作用， 。

换流站直流侧所产生的过电压，是由直流侧的避雷器予以限制的，也就是说，应当有换流站直流极线避雷器来进行限制。

在换流站内，重要设备是由直接紧靠着它的并联避雷器来进行保护的，比如说联结变网侧绕组，是由交流母线避雷器直接实施保护的。

3.2避雷器参数确定

对照换流站避雷器所在区域的不一样，柔性直流输电系统里的换流站避雷器能够划分成交流侧避雷器以及直流侧避雷器，这两类避雷器参数的选定存在差异，接下来分别进行叙述，如下。

①换流站交流侧避雷器

存在于换流站交流这边的避雷器，其中涵盖了联结变压器处于网侧的那个交流避雷器，以及处在联结变压器阀侧那里的那个交流避雷器。

②换流站直流侧避雷器

换流站直流侧的避雷器里，换流器高压母线避雷器是其中一种，直流极线避雷器也是其一，直流避雷器的基本参数涵盖持续运行电压，荷电率属于这些参数，参考电压是基本参数之一，避雷器残压是基本参数里的，能量耐受能力也就是通流容量同样是基本参数的内容 。

3.3换流站设备的过电压水平

换流站直流侧过电压产生，主要原因包含直流极线接地，还有对叫平波电抗器闹侧直流母线会引发接地情况，另外存在直流极间短路等故障，这些状况会在换流站直流母线及相关设备之上产生较大过电压，并且过电压水平跟直流系统的运行方式以及故障发生时候所处的发生位置存有一定关联。对于直流极线接地的情况，故障发生之后，故障极电压会迅速降为零，换流站正负极之间存在模块电容，这使得直流正负极间电压能保持大致不变，进而在健全极直流母线上会产生较大的对地过电压，此过电压主要依靠换流器高压母线避雷器CB以及直流极线避雷器D来限制。又对于平波电抗器阀侧直流母线接地故障，同样在故障发生后，故障极电压迅速降到零，鉴于换流站正负极间模块电容的存在，直流正负极间电压可保持大致不变，结果在健全极直流母线上会形成较大对地过电压，该过电压主要由换流器高压母线避雷器CB和直流极线避雷器D予以限制，这种过电压的幅值与直流系统的运行方式紧密相关。面对直流极间短路故障，故障出现之后，直流极线电压会快速降低，于换流站直流侧无法形成严重过电压，然而，因故障发生后直流电流迅速变大，此直流电流流经换流站桥臂电抗器，进而在桥臂电抗器两端产生较大过电压，该过电压主要借助桥臂电抗器并联避雷器予以限制。

3.4换流站设备的绝缘水平

对于直流侧设备，和常规直流系统相同，采用惯用法实施绝缘配合，按电气设备上会出现的最大过电压，让电气设备可能有的最大过电压与要求的耐受电压间有一定裕度，考量绝缘裕度后得出设备要求耐受电压，接着选取合适价值作为设备最终绝缘水平。