_800kV特高压直流输电系统阀厅空气间隙操作冲击放电特性_姬大潜

第40卷第6期：1864-1869 高电压技术V ol.40, No.6: 1864-1869 2014年6月30日High V oltage Engineering June 30, 2014 DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.2014.06.035±800 kV特高压直流输电系统阀厅空气间隙操作冲击放电特性姬大潜1，刘泽洪2，张进2，廖蔚明3，魏杰3（1.北京电力经济技术研究院，北京100055；2.国家电网公司，北京100031；3.中国电力科学研究院，北京100192）摘 要：为准确获得特高压直流输电系统阀厅内部典型空气间隙放电特性，以进一步指导阀厅设计和优化，针对阀厅内部典型空气间隙开展操作冲击放电试验，采用升降法获得不同空气间隙距离d对应的50%操作冲击放电电压U50，并拟合出相应的U50与d的幂指数曲线，分析了阀厅内部典型空气间隙操作冲击放电特性。

同时，在试验过程中改变了均压球的直径并增加了模拟墙，完成了其对放电电压影响的对比试验。

结果表明：操作冲击电压随空气间隙距离的增大而不断增加，增大电极曲率半径可以显著提高耐受操作冲击的能力；由不同电极构成的空气间隙耐受操作冲击的能力差异主要体现为放电特性曲线的增加率不同；对于同一种空气间隙，正向操作冲击电压施加在不同电极上会造成放电特性不同；对于更高电压等级的特高压直流输电工程，可以使用更大曲率半径的电极来提高其耐受操作冲击的能力。

关键词：特高压直流输电系统；阀厅；典型空气间隙；操作冲击；放电试验；放电曲线Switching Impulse Characteristics for Air Gap of Valve Hall in ±800 kV Ultra HighVoltage DC Transmission SystemJI Daqian1, LIU Zehong2, ZHANG Jin2, LIAO Weiming3, WEI Jie3(1. Beijing Electric Power Economic Research Institute, Beijing 100055, China; 2. State Grid Corporation of China, Beijing 100031,China; 3. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)Abstract：To guide the design and optimization of valve halls in ultra high voltage DC(UHVDC) transmission system, we studied the discharge characteristics of typical air gap in valve hall through experiments of switching impulse test. Using typical air gaps and the up-and-down method, we obtained the relationship between the gap length d and the voltage of 50% probability breakdown U50, and hence fitted the power exponent function curve of U50 to d so as to analyze the switching-impulse discharge characteristics. By installing an additional simulated wall, we put forward contrast tests to obtain the influence of electrode diameter on the discharge voltage. The results show that, operation impulse voltage in-creases with the gap length. Enlarging the radius of curvature of the electrode can significantly improve the tolerance capability of switching impulses. The air gaps made of different electrodes have different tolerance capabilities, which are mainly reflected in the different discharge curve slopes. For one type of air gap, its discharge characteristics are also dif-ferent on different electrodes with positive switching impulses applied. Therefore, in UHVDC projects, increasing the radius of electrodes is an effective way to improve their tolerance of switching impulses.Key words：ultra high voltage DC transmission system; valve hall, typical air gap; switching impulse; discharge test;discharge curve0引言特高压直流输电工程中，阀厅是换流站内十分重要的一部分[1-2]，换流站中很多重要设备都完全或部分处于阀厅中，例如，换流阀、换流变压器阀侧套管、穿墙套管和各种连接管母及金具。

总体而言，阀厅内部是一个具有复杂空气间隙、多电压等级的封闭空间。

阀厅内部的空气间隙长度是由直流系统运行时正常和故障情况下产生的操作过电压以及设备的3维尺寸决定的。

随着±1 100 kV特高压直流输电电压等级的提出，空气间隙的操作冲击放电特性可能趋于饱和，阀厅的3维尺寸可能会达到一个姬大潜，刘泽洪，张进，等：±800 kV特高压直流输电系统阀厅空气间隙操作冲击放电特性 1865令人难以接受的程度。

在这样的情况下，研究阀厅内部的复杂空气间隙的放电情况，总结出可靠的客观规律，对阀厅的设计和优化是非常重要的。

对于长间隙放电的研究，主要采取的办法是经过反复试验，获得一定长度下的空气间隙的50%放电电压即U50[3]，但是针对阀厅内设备众多、间隙复杂的特点，在实验室内建立阀厅的全尺寸试验模型是不现实的。

对长间隙放电的理论和试验研究由来已久，法国Renardières高压实验室在1978年发表过关于长间隙放电的一系列试验研究报告[4-10]，但是由于时间久远并未涵盖目前特高压直流输电金具形状；国内也有针对特高压交流输电线路的关于长空气间隙长波前操作冲击放电特性的研究[11-15]；对于典型的棒−板间隙的试验和仿真研究，也已经开展过较多的研究[16-20]。

但是这些研究对阀厅内部空气间隙而言缺乏针对性，并且电压等级和空气间隙长度的试验都未涵盖更高直流电压等级操作冲击值[21-24]。

本文在总结阀厅内部典型空气间隙的基础上，针对特高压直流输电系统送受端高端阀厅内部典型的空气间隙和金具形状进行操作冲击放电试验研究，使得试验十分具有针对性；按照试验结果根据当时试验环境进行修正，并利用幂指数曲线拟合方法得到典型空气间隙操作冲击下空气击穿放电电压值与空气间隙距离d的关系曲线，总结间隙放电特性和放电规律。

这些研究是设计阀厅和研究阀厅内部放电特性的基础，对在设计上优化阀厅尺寸提供重要依据。

1 试验设备图1和图2是复龙、奉贤两站高端阀厅内部设备布置俯视图，在换流站的阀厅中，完成阀塔、换流变和套管的布置后，需要用管母和金具将阀塔、换流变和穿墙套管等主设备连接起来，阀厅中管母均采用外径300 mm、内径280 mm的空心铝管。

通过分析可以发现，阀厅内部关键空气间隙可以归结为3类：①管母、球对地放电空气间隙；②管母、球直接放电空气间隙；③换流阀底部均压罩对地放电空气间隙。

以上3类间隙可以涵盖阀厅内部所有的空气间隙形式，针对这3类空气间隙开展操作冲击放电试验，包括管母和球对地及墙壁放电(试验A)、水平管母与垂直管母放电(试验B)、直径1.6 m均压球对垂直管母放电(试验C)、垂直管母对图1 送端复龙站高端阀厅布置俯视图Fig.1 Layout of high-end valve hall in Fulong station图2 受端奉贤站高端阀厅布置俯视图Fig.2 Layout of high-end valve hall in Fengxian station直径1.6 m均压球放电(试验D)、水平管母对直径2 m均压球放电(试验E)、直径2 m均压球对水平管母放电(试验F)、直径2 m均压球对直径1.6 m均压球放电(试验G)和换流阀底部均压罩对地放电(试验H)，其试验模型布置如图3所示，其中试验A分包含有无模拟墙2种情况，试验C与试验D试验模型布置一样，区别在于正向操作冲击施加位置不同，试验E与试验F同上。

试验A的试验模型各部分的尺寸如表1所示。

在试验A进行过程中对左端均压球的直径进行调整，以研究这部分变化对操作冲击放电电压值的影响。

对采用直径1.2 m均压球有模拟墙和无模拟墙的2组试验分别简称试验A1-1和A1-2；采用直径1.6 m均压球有模拟墙和无模拟墙的2组试验分别简称试验A2-1和A2-2；采用直径2.0 m均压球有模拟墙和无模拟墙的2组试验分别简称试验A3-1和试验A3-2。

试验中水平管母直径350 mm，中间均压球直径为2.0 m，垂直管母直径300 mm，顶端均压球直径1.2 m。

试验过程中空气间隙距离指的是左端均压球最下端对地垂直距离，在有模拟墙的试验中，与模拟墙之间的空气间隙距离与对地空气间隙距离相等。

试验B中水平管母直径350 mm，垂直管母直径300 mm；试验C正向操作冲击电压的施加点在直径1.6 m均压球上；试验D正向操作冲击电压的施加点在直径300 mm垂直管母上；试1866 高电压技术 2014,40(6)图3 阀厅内部空气间隙操作冲击放电试验Fig.3 Switching impule tests of air gap in the valve hall验E的正向操作冲击电压施加在直径350 mm的水平管母上，试验F正向操作冲击电压施加在直径2 m 均压球上；试验G正极性操作冲击电压施加在2 m 均压球上；试验H正向操作冲击电压施加在换流阀均压罩上。