高壓直流轉換開關的長期溫升淺談

武艷艷

（西安西電高壓開關有限責任公司，陜西 西安 710018）

直流轉換開關是高壓直流輸電系統(tǒng)中的關鍵設備，是每一項遠距離高壓直流輸電工程中必不可少的換流站主要設備，其關系到輸電系統(tǒng)的可靠性、可利用率和可維護性。由于我國地域資源分布不均衡，因此造成了我國建立超遠距離、超大容量電力傳輸?shù)谋厝恍浴榱藴p少線路損耗、縮小輸電走廊、節(jié)省寶貴的土地資源，特高壓直流輸電技術成為了一個非常重要的發(fā)展方向。

1 高壓直流轉換開關

直流轉換開關主要用于直流輸電系統(tǒng)各種運行方式的轉換、接地系統(tǒng)轉換等，直流輸電系統(tǒng)中一般配置有4種類型的直流轉換開關，分別是金屬回線轉換開關MRTB、大地回線轉換開關GRTS、中性母線開關NBS和中性母線接地開關NBGS。由于4種類型的轉換開關在直流系統(tǒng)中的安裝位置不同，其作用也不相同。如圖1所示，MRTB安裝在接地極引線回路中，其作用是將直流電流從大地回路轉換到金屬回線通路，從而保證轉換過程中直流功率的不中斷輸送。GRTS的作用是將直流電流從金屬回線通路轉換到大地回路通路。NBS串聯(lián)在中性母線上，在單極計劃停運時，換流器將電流降為零，NBS在無電流情況下分閘。當雙機運行時，一極發(fā)生內部接地故障，則故障極投旁通對閉鎖，NBS將正常極注入接地故障點的直流電流轉移至接地極線路。NBGS安裝在換流站站內接地線上，用于提供站內臨時接地的設備，其最重要的作用是作為一個快速合閘開關。另外，在NBS轉換失敗（開斷不成功）時，NBGS也可提供暫時的大地回路通路[1]。

2 長期溫升

溫升試驗是高壓電器產(chǎn)品驗證載流能力的重要試驗，是產(chǎn)品的重要性能指標之一，溫升過高會引起產(chǎn)品機械及電氣性能的下降，嚴重時會引起重大事故發(fā)生。因此，在設計產(chǎn)品時，一定要進行通流能力的計算，產(chǎn)品最終要通過溫升試驗的驗證，達到滿足標準中對產(chǎn)品各個部位溫升的要求。

對于長期通流的導體，有一溫升的估算方法，即：

當通流I1時，溫升為ΔT1，則有ΔT1=a×，當通流I2時，溫升ΔT2=a×，則有ΔT2＝ΔT1×（I2/I1）1.8.但是此方法僅適用于相同導體、不同電流的情況。

當導體結構改變時，需要根據(jù)導體材料允許的電流密度和導體的載流面積來計算導體的通流能力，一般銅管的電流密度為2.2～2.5A/mm2，鋁管的電流密度為1～1.35A/mm2[2]。通過材料電流密度和導體需要通流的大小可以大概計算出導體需要的載流面積。當然，導體長期通流導致的溫升高低除了與導體本身的材料有關外，還與它的散熱方式、散熱環(huán)境、導體接觸面的加工質量及裝配質量等因素有關。

圖1 直流轉換開關在高壓直流輸電系統(tǒng)中的位置

3 西開有限公司研制的±800 kV直流轉換開關

西開有限公司研制的特高壓直流轉換開關為ZZLW2-100/Y5500-5100，根據(jù)用途及在系統(tǒng)中的安裝位置不同分為4種類型，分別是MRTB、GRTS、NBS和NBGS，主要包括開斷裝置、電容器、電抗器、避雷器及絕緣平臺，其結構外形圖見圖2，主要的技術參數(shù)見表1.

ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉換開關是在原有產(chǎn)品的基礎上進行結構改進后得出的，原有產(chǎn)品的溫升電流為4 400A，而此產(chǎn)品要求的溫升試驗的試驗電流為5 500A通流穩(wěn)定，再通2 h過負荷運行電流6 600A，因此，需要根據(jù)式（1）及以上關于電流密度的計算方法來核算零件的載流能力。具體的溫升試驗方法是根據(jù)標準規(guī)定，在符合標準要求的環(huán)境下進行，同時產(chǎn)品需要按標準要求在相應的位置預埋測試點，一般采用熱電偶線[3]。ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉換開關的溫升試驗埋點圖見圖3，共采用了19個點，試驗電流由序號1接線端子引入，從序號11接線端子流出。各部位埋點處的溫升值見圖4和圖5，其中，圖4為通流5 500A穩(wěn)定后的溫升圖，圖5為5 500A通流穩(wěn)定后接著通流6 600A 2 h的溫升圖。

圖2 ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉換開關外形圖

表1 ZZLW2-100/Y5500-5100直流轉換開關主要技術參數(shù)

圖3 直流轉換開關溫升試驗埋點圖

圖4 通流5 500A穩(wěn)定后的溫升圖

4 結束語

本文對直流轉換開關的作用、分類進行了簡單說明，對西開有限公司生產(chǎn)的±800 kV直流轉換開關的總體結構及主要技術參數(shù)、溫升試驗數(shù)據(jù)情況進行了簡單介紹，同時介紹了一種針對長期溫升的估算方法，希望對想要了解高壓直流轉換開關及長期溫升的人員能有所幫助。

圖5 5 500A通流穩(wěn)定后接著通流6 600A2 h的溫升圖

［1］機械工業(yè)北京電工技術經(jīng)濟研究所，國家電網(wǎng)特高壓建設部直流處，西安西電高壓開關有限責任公司，等.GB/T 25309—2010高壓直流轉換開關［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［2］黎斌.SF6高壓電器設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2015.

［3］趙煥敏，姚永其.高壓開關溫升試驗方法淺談［J］.科技視界，2012，27（27）：237-238.