楚雄換流站接地極線路加強絕緣研究

, (中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

楚雄換流站接地極線路加強絕緣研究

胡全,鄢藝
(中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

在接地極線路設計中，其絕緣配合水平選擇的合理性關系到整個直流輸電系統的安全可靠運行。以楚雄換流站接地極線路為例，簡述了按照兩端換流站及直流輸電線路本體故障后在接地極線路上引起的操作過電壓提高接地極線路絕緣配置的方法。

接地極線路；操作過電壓；絕緣配置

0 引 言

接地極線路是直流輸電系統的重要組成部分，不但可以限制中性點電位，還可以為直流電流提供通路，在接地極線路設計中，其絕緣配合水平選擇的合理性關系到整個直流輸電系統的安全可靠運行。DL/T 5224-2014《高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規定》對接地極線路的絕緣配置進行了規定：1)接地極線路的絕緣子片數不得少于2片；2)工作電壓、雷電過電壓情況下的空氣間隙分別不得小于0.1 m、0.4 m；3)招弧角間隙應小于0.85倍絕緣子有效長度。

楚雄換流站接地極線路起于楚雄換流站，止于馬街接地極中心塔，線路長106.4 km，原設計按照 DL/T 5224-2005的相關要求，同時參考已建接地極線路設計經驗，絕緣配置如下：

1)全線懸垂絕緣子串和跳線串采用3片XZP-160(高度為170 mm)直流絕緣子，耐張串采用4片XZP-210(高度為170 mm)直流絕緣子；

2)工作電壓、雷電過電壓情況下的空氣間隙分別取值0.12 m、0.5 m；

3)懸垂和耐張絕緣子串的招弧角間隙統一取0.4 m。

按此計算，該工程接地極線路絕緣耐壓情況見表1。

表1 接地極線路絕緣耐壓一覽表

注：①絕緣子干濕1 min耐受電壓分別取值140 kV/片和55 kV/片；②直流線路導線-塔頭取487 kV/m，棒-棒取500 kV/m考慮[1]；③操作沖擊耐壓參照直流耐壓值×2.2考慮。

1 楚雄接地極線路故障試驗及仿真

2012年12月，±800 kV楚雄換流站在孤島調試試驗過程中，測得楚雄接地極線路極Ⅰ中性母線電壓達160.72 kV，極Ⅱ中性母線電壓達174 kV，致使接地極線路008號塔左側導線絕緣子串閃絡，招弧角燒傷明顯。這表明在直流輸電線路特定的運行工況下，原±800 kV換流站中性母線和接地極線路之間絕緣操作沖擊電壓耐受水平不匹配[2]，楚雄接地極線路絕緣配置將不滿足過電壓要求，需要提高接地極線路絕緣水平，以適應換流站中性母線避雷器操作過電壓保護水平要求。

1.1 楚雄站內接地故障在接地線路上產生的操作過電壓計算

采用EMTDC模型[3]，將接地極線路按照E0-E10進行10等分后，考慮了除濾波器避雷器外的所有避雷器，同時在不考慮接地極線路閃絡的情況下，對各種可能引起中性母線過電壓的典型工況進行了計算，楚雄接地極線路10等分點處引起的操作過電壓水平及操作耐受水平要求見圖1。

圖1 10等分點處操作過電壓及耐受水平要求曲線

1.2 楚雄—穗東±800 kV線路接地故障在接地線路上產生的操作過電壓計算

采用EMTDC模型，將接地極線路按照E0-E10進行10等分后，模擬了不同故障情況下，楚雄接地極線路10等分點處引起的操作過電壓水平及操作耐受水平見圖2、圖3。

圖2 楚雄站出口故障后，楚雄接地極線路沿線個點的最大電壓分布(黑線)

1.3 仿真小結

根據以上仿真結果可見，當楚雄站或楚雄站出口處發生接地故障時，楚雄接地極線路沿線各點操作過電壓水平都比較高，沿線過電壓水平與距接地極的距離基本成正比，按原絕緣配置能滿足的146 kV的操作過電壓進行校核，僅有約30%遠離楚雄站的接地極線路滿足要求。

圖3 穗東站出口故障后，楚雄接地極線路沿線個點的最大電壓分布(黑線)

2 楚雄接地極線路加強絕緣配置方案

按照以上仿真計算結果，考慮操作過電壓的分布特性，楚雄接地極線路主要在招弧角間隙、絕緣子片數配置兩個方面進行加強配置以滿足操作過電壓要求。

2.1 招弧角間隙

參照相關試驗成果，棒-棒間隙直流操作過電壓耐壓水平暫按500 kV/m考慮，故接地極線路換流站端招弧角間隙需加大到325/500=0.65 m。略留裕度后，接地極線路換流站端招弧角間隙按0.7 m考慮(即與交流110 kV線路的操作過電壓間隙相同)，經海拔修正后，取值為0.91 m。

隨著與換流站間距的增大，接地極線路上的操作過電壓隨之降低。在考慮20%安全裕度后，距換流站40%線路長度時，操作過電壓要求值約為225 kV；距換流站70%線路長度時，操作過電壓要求值約為150 kV(該值與接地極線路現有間隙的耐壓水平相當)。相對應地，海拔修正后的招弧角間隙取值分別為0.63 m和0.4 m。考慮到產品供貨和施工的統一性，全線招弧角間隙取值為0.91 m。

2.2 絕緣子片數配置

由于塔頭間隙受操作過電壓限制，根據絕緣配合要求，絕緣子串有效長度需大于塔頭間隙，即接地極線路換流站端的絕緣子片數按由3片增加到7片(0.7×500/55≈7)考慮，隨著距換流站間距的增大，絕緣子片數應隨操作過電壓的降低而減少。距換流站40%和70%線路長度時，對應的絕緣子片數為5片和3片。考慮到施工和運維方便，距換流站0～40%范圍內，懸垂串、耐張串和跳線串均按7片考慮；距換流站40%～70%范圍內，懸垂串和跳線串按5片、耐張串6片考慮；其余段懸垂串和跳線串按3片、耐張串4片考慮。

2.3 絕緣間隙

1)塔頭間隙：按絕緣配合要求，塔頭的間隙不應小于招弧角間隙值，即在相應風偏情況下塔頭間隙暫按招弧角間隙的相同值考慮。

2)直流耐壓間隙：由于接地極線路的最高工作電壓(即直流運行電壓)未變，故直流耐壓間隙仍按原設計值0.12 m考慮。

3)雷電過電壓間隙：由于接地極線路的雷電過電壓耐受水平低，雷電間隙仍按原設計值0.5 m考慮。

3 結 語

通過對楚雄站內、楚雄—穗東±800 kV線路各種故障工況下，在楚雄接地極線路上引起的操作過電壓進行仿真計算，提出了楚雄接地極線路提高絕緣應滿足的要求，同時考慮操作過電壓的分布特性，對原線路的招弧角間隙、絕緣子片數、塔頭間隙進行了加強改造，進一步加強了楚雄接地極線路的絕緣配置水平，保證了楚雄—穗東±800 kV線路的安全運行。

[1] 趙婉君.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 周沛洪，修木洪，谷定燮，等.±800 kV直流系統過電壓保護和絕緣配合研究[J].高電壓技術，2006，32(12)：125-383.

[3] 王彩芝，姜映輝，王俊江，等.基于PSCAD_EMTDC的HVDC接地極線路故障仿真[J]. 中國電力,2014，47(2)：69-72.

In the design of electrode lines, the selection of insulation coordination level relates to the safe and reliable operation of DC transmission system. Taking the electrode line of Chuxiong converter station for example, the method for enhancing the insulation level of electrode lines according to the condition of switching overvoltage caused by ontology fault of converter stations and DC transmission line is briefly described.

electrode line; switching overvoltage; insulation configuration

TM721

A

1003-6954(2017)05-0044-03

胡 全(1980)，碩士研究生、高級工程師，從事輸電線路設計工作；

鄢 藝(1987)，碩士研究生、工程師，從事輸電線路設計工作。

2017-09-15)