特高壓直流輸電系統(tǒng)用直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的介紹及應(yīng)用

武艷艷，劉 偉，馬小琴，李 永，尹 航，張黎陽(yáng)

（西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018）

1 概述

直流轉(zhuǎn)換開關(guān)是高壓直流輸電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，是每一項(xiàng)遠(yuǎn)距離高壓直流輸電工程中必不可少的換流站主要設(shè)備，主要用于進(jìn)行直流輸電系統(tǒng)各種運(yùn)行方式及接地系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換等，其關(guān)系到輸電系統(tǒng)的可靠性、可利用率和可維護(hù)性。目前，我國(guó)已經(jīng)建設(shè)和正在建設(shè)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(zhuǎn)換開關(guān)

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

圖1 直流轉(zhuǎn)換開關(guān)在直流系統(tǒng)中的安裝位置

2.1 直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的開斷原理

2．1．1 基本原理

無源型直流轉(zhuǎn)換開關(guān)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(tái)等設(shè)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(tái)為非電氣連接部分，電容器和電抗器串聯(lián)構(gòu)成L-C回路，分別與開斷裝置和避雷器并聯(lián)組成3條并聯(lián)支路，如圖2所示。無源型直流轉(zhuǎn)換開關(guān)產(chǎn)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(zhuǎn)換開關(guān)利用交流斷路器氣吹電弧的不穩(wěn)定性和負(fù)阻特性，產(chǎn)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(chǎn)生人工電流過零點(diǎn)，完成電流轉(zhuǎn)移。

圖2 直流轉(zhuǎn)換開關(guān)一次電路圖

2．1．2 開斷過程

在開斷裝置斷口觸點(diǎn)分開時(shí)，電弧電壓在開斷裝置與L-C支路構(gòu)成的環(huán)路中激起振蕩電流，振蕩電流的幅值逐漸增大，當(dāng)振蕩電流反向峰值等于直流電流時(shí)，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(zhuǎn)換電流，實(shí)現(xiàn)開斷。電弧熄滅后，流過開斷裝置斷口的直流電流被轉(zhuǎn)移到L-C支路，并在很短的時(shí)間內(nèi)將電容器充電到避雷器的動(dòng)作電壓水平，此電壓稱為“轉(zhuǎn)換電壓”；接著避雷器動(dòng)作，電容器支路中的電流又被轉(zhuǎn)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(shù)參數(shù)

西開公司研制的ZZLW2-100/Y5500-5100特高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)為國(guó)內(nèi)特高壓直流輸電用直流轉(zhuǎn)換開關(guān)首臺(tái)研制成功的產(chǎn)品，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 特高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)

圖3 ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉(zhuǎn)換開關(guān)MRTB外形圖

2.3 ZZLW2-100/Y5500-5100結(jié)構(gòu)介紹

ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉(zhuǎn)換開關(guān)包括4種類型的產(chǎn)品，分別是MRTB、GRTS、NBS和NBGS，其中，MRTB、GRTS和NBS結(jié)構(gòu)類似，主要由開斷裝置、電容器、電抗器、避雷器及絕緣平臺(tái)組成，電容器、電抗器和避雷器安裝在絕緣平臺(tái)上，開斷裝置為一相雙斷口T型結(jié)構(gòu)的363 kV斷路器，其結(jié)構(gòu)見圖3；NBGS結(jié)構(gòu)只包括一相雙斷口T型結(jié)構(gòu)的斷路器，具體結(jié)構(gòu)見圖4.

圖4 ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉(zhuǎn)換開關(guān)NBGS外形圖

圖5 運(yùn)行在金華換流站的NBGS

圖6 運(yùn)行在晉北換流站的MRTB

圖7 運(yùn)行在晉北換流站的GRTS

3 工程應(yīng)用情況

ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉(zhuǎn)換開關(guān)目前成功應(yīng)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(chǎn)品NBGS自2014年3月投運(yùn)以來，一直運(yùn)行良好，沒有出現(xiàn)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(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，目前已經(jīng)全部安裝和驗(yàn)收完畢，而且在2017年6月在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)MRTB進(jìn)行了5 000A的直流轉(zhuǎn)換電流試驗(yàn)，試驗(yàn)一次成功通過，實(shí)現(xiàn)了特高壓直流輸電工程直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的首次全面國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用。

圖8 運(yùn)行在晉北換流站的NBS

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

圖9 運(yùn)行在晉北換流站的NBGS（帶轉(zhuǎn)換能力）

4 結(jié)束語(yǔ)

特高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)是直流換流站的關(guān)鍵設(shè)備，本文綜述了特高壓直流輸電系統(tǒng)用直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的原理、結(jié)構(gòu)及工程應(yīng)用情況。由于直流輸電與傳統(tǒng)的交流輸電相比具有桿塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線路造價(jià)低、損耗小、運(yùn)行方式靈活、適合于遠(yuǎn)距離大容量輸電等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來其發(fā)展迅速，且直流轉(zhuǎn)換開關(guān)具有很好的發(fā)展前景。

［1］袁清云.特高壓直流輸電技術(shù)現(xiàn)狀及在我國(guó)的應(yīng)用前景［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（14）：1-3.

［2］西安高壓電器研究所，南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心.GB/T 25309—2010高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［3］趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.