特高压直流避雷器的技术特点与分析

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1、万方数据2007年3月第8卷第3期电力设备ElectricalEquipmentMar．2007VOI．8NO．3特高压直流避雷器的技术特点与分析王玉平，张一鸣(西安电瓷研究所，西安省陕西市710077)摘要：文章介绍了特高压直流输电工程中所用的各种直流避雷器的作用，特别是±800kV直流换流站内典型的避雷器保护方案；以及不同位置的几种关键的直流避雷器如高压端阀避雷器(V1)、高能中性母线避雷器(E2H)、极母线避雷器(DB)、换流变阀侧避雷器(A1)、平波电抗器避雷器(DR)等所承受的波形；我国直流输电工程用避雷器的情况以及我国自主研发高压直流避雷器的应用进展

2、。讨论了特高压直流避雷器与高压直流避雷器共有的特性参数如持续运行电压、配合电流、能量耐受和功率损耗等参数的变化特点，分析了特高压输电工程所特有的直流避雷器VI、E2H、At、DR、DB的主要特性和作用，给出了这几种避雷器的几个主要配合参数和极母线避雷器的设计参数，讨论了特高压避雷器设计开发中要注意的电阻片容量和伏安特性、均流技术、污秽技术、均压技术等一系列关键技术。关键词：电网；特高压；直流输电；避雷器；换流站中图分类号：TM721．1；TM8620引言随着我国经济的快速发展，电力需求增长迅速，而我国水力电力资源主要集中于中西部，需要通过远距离、大容量的“西电东

3、送”、“南北互供”等工程进行调节，因此需要发展特高压输电工程。特高压输电工程包括特高压交流和特高压直流输电两种形式。±800kV特高压直流输电中问无落点可将大量电力直送大负荷中心、输送容量大、送电距离远、节省输电架线走廊等优点。目前世界上还没有特高压直流输电的工程运行，正在运行的直流输电工程的最高电压为±600kV。在20世纪70～80年代，前苏联就曾经对特高压直流输电的应用做过研究，并得出结论±800kV直流输电工程技术上是可行的，±1000kV及以上需要经过很大努力研究甚至要有重大突破才行’1’“。特高压直流输电系统的建设，离不开过电压保护装置，避雷器是输电

4、系统过电压保护的主要设备。主要有直流线路避雷器、直流极母线避雷器、直流中性母线避雷器、直流阀避雷器以及特有的换流变阀侧避雷器、平波电抗器避雷器等。根据绝缘配合原则：综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电压(工作电压及过电压)、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。电压等级愈高绝缘配合系数越小，避雷器的配合残压就越低，避雷器的制造难度就会加大。各电压等级的绝缘配合系数如表1所示。表1各电压等级绝缘配合系数1直流避雷器的种类

5、与作用特高压直流避雷器由于使用场合不同而作用不同如：架空线路用的成为直流线路型避雷器(DL)主要功能是保护架空线路遭受雷击时抑制过电压。在直流换流站内不同的位置则对避雷器有不同的要求。通常根据换流站的运行方式、系统特性及每种设备在不同种类电压下作用选择相应的避雷器应力，确定避雷器的保护方案。图1给出了典型的±800kV直流换流站避雷器保护方案。换流站内主要的直流避雷器有：以防止出现在晶闸管阀过电压为目的的阀避雷器V1、V2、V3；以保护连接在极线上设备为目的的直流极母线避雷器DBl、DB2；中性母线避雷器E1、E2、E2H、EL、EM主要保护中性母线和接于中性母

6、线的设备；桥中点避雷器M主要防止极线过电压跨过高端桥而对低端桥造成危害；换流变阀侧避雷器Al主要用于抑制换流变与晶闸管阀相连接的位置出现施加在套管和引线及绕组上的过电压；用于保护平波电抗器端对端出现反向雷电过电压这一特殊情况设置的平抗避雷器DRl、DR2等(注意，图1中避雷器A为交流避雷器)。各种直流避雷器上的电压波形已经不是一个简单的正弦波形或其它规则波形，而是一个畸变波形。如阀避雷器电压的波形取决于阀的导通角，过冲的幅值取决于阀阻尼回路的电阻和电容及换流变压器的万方数据16电力设备第8卷第3期图1特高压直流换流站中典型的避雷器保护方案杂散电容，当电压上叠加有

7、过冲时，避雷器功耗就会增加。阀侧避雷器所耐受的波形如图2所示(其波形来自国家绝缘子避雷器质量监督检验中心模拟换流站阀侧6脉冲电压电流波形)。桥出口之间电压波形示意图如图3所示。直流母线对地电压波形示意图如图4所示。(a)电压波形(b)电流波形图2阀侧避雷器所耐受的波形图3桥出口之间电压波形示意图(a)极母线对地电压波形(b)中性母线对地电压波形图4直流极母线、中性母线对地电压波形示意图2我国直流避雷器的研究进展金属氧化物避雷器已在我国的许多大型直流工程中得到应用。从1987～2006年，我国已有8项直流输电工程投入运行：1987年投运的100kV舟山直流输电工程

8、采用的是由我国生产的碳化