±1100 kV特高压直流输电工程直流滤波器装置研制.pdf
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1、装备制造技术 2023 年第 7 期0引 言昌吉-古泉依1100 kV 特高压直流工程,是从新疆到华东皖南的超长距离的直流输电工程,在世界上首次把直流输变电压等级提升到依1100 kV,将输电容量提升到 1200 万千瓦,输送距离提高到 3340 kV,并且一个受端直接接入 1000 kV 系统,是目前全球电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长、跨区省份最多、技术创新最多的依1100 kV 特高压直流输电示范工程1,2,刷新了世界电网技术的新高度,开启了特高压输电技术发展的新纪元3。由于特高压直流输电工程的换流站要把交流转换到直流、直流再转换为交流,就存在整流和逆变的过程,必然会产生大量的谐
2、波,需要装设大量的滤波器,因此依1100 kV 特高压直流输电工程用直流滤波器及其装置的研制特别令人关注4。昌吉-古泉依1100 kV直流工程户内直流滤波器装置与以往的依800 kV 特高压直流工程相比,是世界首次研发,无历史经验可借鉴,直流滤波器装置电压等级更高、单组容量更大,内部绝缘配合要求更高,表面电场强度更大;滤波器单元总数增多,保护可靠性难度增加3;同时,安装于户内、绝缘水平高,又形成装置塔架限高与绝缘水平的矛盾。所以,其整体电场分布与表面场强控制、超高绝缘水平、户内装置高度的限制、抗震等都是设计依1100 kV 户内直流滤波器装置过程中较为突出的问题。结合昌吉-古泉 1100 kV
3、 直流工程昌吉换流站的实际环境及以上突出问题,开展直流电容器研究,直流电容器包含直流滤波滤波器单元、直流滤波器装置(以下简称直流装置)、中性母线电容器及其装置、阻断滤波器电容器及其装置,仅对 HP2/12-C1 直流装置的关键技术展开论述。1总体方案依托世界上第一条依1100 kV 特高压直流输电工程用直流滤波器装置而研发,针对依1100 kV 系统特点及运行要求,进行 HP2/12-C1 直流装置 TDL1732-0.6 的表面电场强度、绝缘配合、高度控制、抗震研究的关键技术研究,总体方案的主要参数见表1。直流装置采用单塔多层支架式塔架,电容器单元1100 kV特高压直流输电工程直流滤波器装
4、置研制林峰,黄楚秋,蒋利军,王义,欧庆雄,秦华忠,黄有祥,杨结春(桂林电力电容器有限责任公司,广西 桂林 541004)摘要:过去的800 kV 直流输电工程仅能满足输电距离 3000 km、输电容量 1000 万千瓦以内,昌吉-古泉的输电距离提高到 3340 km,输电容量提升到 1200 万千瓦,已经无法满足要求,只能尝试提高电压等级到1100 kV,因此,整个示范工程都是第一次应用,特别是昌吉换流站位于新疆地区,风沙大、地震要求高等恶劣环境,以及绝缘水平难度高、电晕大等问题,直流滤波器及其装置的研制更是难度最大的、首创的。由于1100 kV 系统的规模、环境、运行特性及绝缘水平不同,直流
5、场滤波器及其装置的设计、制造、安装及运行等方面的技术要求都需要全面重新考证。该文仅对 HP2/12-C1直流滤波器装置的总体方案设计、整体电场分布与表面场强控制、绝缘配合户内装置高度的限制、抗地震等关键问题展开研究,全面介绍直流滤波器装置的研制和仿真验算结果,直流装置首次采用均压罩和梯形均压环配合的结构,满足表面电场强度的要求,防止了直流装置电晕的产生;首次采用 750kV 等级绝缘子,满足低压端对地、爬距的要求;通过优化直流装置结构,满足限高 26 m 的工程要求,同时满足 8 度地震烈度要求。通过第三方的仿真计算和抗震计算验证及工程运行考验,首次研制的直流滤波器装置能满足1100 kV 直
6、流输电工程要求。关键词:直流滤波器装置;1100 kV 直流输电工程;绝缘配合;均压结构中图分类号:TM853文献标志码:A文章编号:1672-545X(2023)07-0285-04收稿日期:2023-03-08第一作者:林峰(1965-),男,广西桂林人,研究生,高级工程师,从事电力电容器技术研究、技术管理工作.新产品装备制造技术 2023 年第 7 期2023 NO.7新产品285Equipment Manufacturing Technology No.7袁2023平卧,30 层 2 排布置,每层 8 台尾对尾布置。塔架底座安装于 750 kV 绝缘平台上,层间为 66 kV 绝缘平台
7、,塔架装配高度为 24.7 m,直流装置总高 25.95 m,总重 65 t。内部接线采用 H 型接线、桥差不平衡电流保护,每组有一台光纤电流互感器 TA。2关键技术分析与试验验证围绕依1100 kV 特高压、防止电晕、户内限高、8 度抗震要求,对直流装置表面场强、绝缘配合、高度设计、抗震等问题,进行分析研究。2.1 装置表面电场分布问题直流装置额定电压 1732 kV、直流电压 1122 kV,比以往工程最高的 816 kV 高 37.5%,为世界直流输电工程中最高,且安装在户内,因此直流装置的电晕非常突出,为了防止电晕的产生3,国网专家首次对直流装置表面电场强度提出小于 12 kV/cm
8、的要求。根据依800 kV 工程设计经验,初步设计方案一:采用终端球形式、进线管母和均压环配合,加大管母和终端球外径3,通过三维仿真模型计算,最大电场强度为 16.59 kV/cm,分布在终端球上,大于 12 kV/cm,不符合要求。设计方案二:采用终端球形式、进线管母改为为均压罩,通过三维仿真模型验算,最大电场强度为 13.24 kV/cm 分布在均压罩倒角处下沿,还是不符合要求。设计方案三:采用均压罩形式,再进一步增加均压罩下沿倒角曲率半径 100 mm,可以有效减小直流装置电场强度,通过三维仿真模型计算最大电场强度为 11.97 kV/cm,分布在均压罩倒角处下沿,符合要求。计算结果详见
9、图 1。同时,若将均压罩下面五层均压环改进为梯形结构,将第一、二层均压环直径增加一倍,且均压环外沿不超出均压罩外沿。通过三维仿真模型计算最大电场强度为 11.38 kV/cm,分布在均压罩倒角处下沿和第一层均匀环倒角处,满足要求。计算结果详见图 2。通过优化均压结构将终端球改为均压罩、均压环改为梯形结构,均压罩与均压环配合,能有效地改善直流装置整体表面电场分布;再通过加大均压罩曲率半径和增加均压环外径的措施,能进一步降低直流装置整体表面电场强度3,通过西安交通大学的有限元仿真三维模型验算,均满足小于 12 kV/cm 的要求,解决直流装置表面电场分布问题,防止直流装置产生电晕。2.2 装置的绝
10、缘配合问题直流装置中的绝缘配合研究,是满足额定电压1732 kV 的关键技术之一,根据 HP2/12-C1 的具体参数(表 2),重点考虑爬距问题和 BIL/SIL 绝缘水平问题的研究。2.2.1 爬距问题直流装置的爬距是最严格、最重要的绝缘配合指标,所以首先要核定电容器单元和支柱绝缘子的爬电距离。直流装置安装于户内,分 30 层安装,其层间绝表 1主要参数安装位置/类型昌吉换流站直流场,HP2/12-C1直流装置型号TDL1732-0.6装置额定电压/kV1732装置额定电流/A213.4装置额定电容/滋F0.6装置串并联接120 串 2 并装置保护方式隐藏式内熔丝、“H”型接线,桥差不平衡
11、电流保护图 1增加均压罩倒角曲率半径的滤波器装置整体电场分布(kV/cm).455E-959.85889.787119.716179.574209.503239.432269.361329.219359.148389.077419.006478.864508.793538.722568.651628.509658.438688.367718.296778.154808.083838.012867.941927.799957.728987.6571017.591077.441107.371137.31197.16图 2梯形结构均压环的滤波器装置整体电场分布(kV/cm).638E-1056.92
12、5785.3886113.851170.777199.24227.703256.166313.092341.554370.017398.48455.406483.869512.332540.795597.72626.183654.646683.109740.035768.498796.96825.423882.349910.812939.275967.7381024.661053.131081.591138.51286装备制造技术 2023 年第 7 期缘子爬电比距:1164(爬距计算电压)伊 25(爬电比距)衣 29(层间绝缘子层数)=1004 mm,满足工程要求。2.2.2 绝缘水平问题由
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