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解决高压直流换流站的 外绝缘问题

May 8, 2015 • Insulator / 绝缘子, Utility Practice & Experience, Weekly Article, 最近文章汇总

伴随着过去三十年中国经济的快速增长,国 家 能 源 和 负荷 规 划 战 略 迎 来了重大变革。特别是,高压和特高压 直流输电线路因其众所周知的远距离输送优势,自1990年以来,直流输电已经开始承担着越来越重要的作用(参见XX页的文章)。

从1989年第1条±500kV葛南直流输电工程成功送电到2010年向家坝-上海和楚雄-穗东2条±800kV特高压直流输电线路的相继建成投运,全国巨大的直流骨干网架目前已经初具规模。事实上,截至2012年底,中国已建成±800kV直流输电线路3回,±660kV直流输电线路1回,±500kV直流输电线路10回,±400kV直流输电线路1回,直流背靠背联网工程3个,目前更多的直流输电线路拟建、在建或近期已经投运,有些线路的运行电压将高达±1100kV。

与此同时,中国直流输电技术的来源也经历了彻底的改变,从最初的外方统包项目,到外方主导项目,再到中外合作项目,再到中方主导项目,最终到中方完全自主完成。例如,对于±500kV直流,中国已经基本实现了此类产品的完全国产化。

伴随着各类直流项目的发展,直流场主设备外绝缘经历了大量的事故经验。最初,有大量此类事故,但是在采取了适当的应对措施后,此类事故逐渐减少,直到目前大多数时候都无故障运行的状况。

本文由北京中国电科院魏杰和宿志一两位专家撰写,总结回顾了国家电网和南方电网对过去±500kV换流站外绝缘故障的研究分析,并利用分压器作为这一系列设备的参考经验。

Screenshot 直流 高压直流换流站 解决高压直流换流站的 外绝缘问题 Screenshot 2014 09 11 15图2:天生桥站中加增爬裙并涂覆RTV涂料之后的直流分压器。 高压直流换流站 解决高压直流换流站的 外绝缘问题 Wei article layout INMR China 19 19

中国±500kV点对点直流输电工程概况 2012年初, 中国总共已经建成10回±500kV点对点直流输电系统, 其输送总容量达到了28800MW (见表一)。

葛南直流输电系统是中国第一条远距离直流输电线路,其从湖北葛洲坝站到上海南桥站的所有设备和设计都由欧洲供货商提供。2009-2010年, 最初的系统退役, 进行了6个月左右的综合改造工程。2010年, 葛南直流输电系统的总输送电量增加到57.86亿kW·h。

江城、龙政、宜华直流输电系统将电力从三峡输送到广东、华东地区, 输送容量达到9000MW, 由中方和西方供应商联合设计。2010年, 该三个直流输电系统的可用率均保持在较高水平 (分别为172.3、138.9、149.1亿kW·h),其输送电量占三峡2010年总发电量的55%。

±500kV德宝直流、伊穆直流和林枫直流在2010年之后投运, 3条直流均由中国自行设计, 除个别关键技术和设备以外, 均由中国自主生产。到目前为止, 除个别换流站线路侧平波电抗器套管由于设计缺陷发生过放电事故以外, 3条直流线路运行稳定。

±500kV直流分压器的外绝缘故障

发生在江陵、龙泉和宜都换流站的故障 2004年年底、2009年年初和2010年年初, 江陵、龙泉和宜都换流站中±500kV直流分压器都出现了外绝缘 闪络。这些闪络都出现在相同的气候条件下, 比如超过两周的持续降雨, 其间还包括2至3天能见度降到只有约5m的大雾天气。

Wei-article-layout-INMR-China-19-17 高压直流换流站 解决高压直流换流站的 外绝缘问题 Wei article layout INMR China 19 17

±800kV楚雄户外直流场(左)以及±400kV格尔木换流站室内直流场。

Wei-article-layout-INMR-China-19-18 高压直流换流站 解决高压直流换流站的 外绝缘问题 Wei article layout INMR China 19 18

直流分压器供货商确认, 三个地方直流分压器复合外套所用硅橡胶材料完全一样。表2列出了三个换流站直流分压器外套的技术参数 (见图1)。

龙泉站、江陵站和宜都站直流电压分压器复合外套均为硅橡胶外套, 各部尺寸基本相同。江陵站和龙泉站极母线分压器高压端均压环结构与尺寸也基本相同, 只有宜都站分压器的高压端均压环采用了不同的单环结构。国家电网公司员工于2009及2010年对这3个换流站分压器复合套管的外绝缘表面涂覆了RTV涂料,采取该措施后直流分压器运行至今无异常情况发生。

图1:龙泉(左)、江陵( 中)、宜都换流站中的直流分压器和均压环。 高压直流换流站 解决高压直流换流站的 外绝缘问题 Screenshot 2014 09 11 15

图1:龙泉(左)、江陵( 中)、宜都换流站中的直流分压器和均压环。

  天生桥换流站出现的故障 2005年5月, 天生桥站降大暴雨, 极I母线分压器瓷套发生大雨闪络, 分压器高压端出现白色的闪络痕迹。为防止再次发生故障, 站内工作人员及时给该分压器加装了增爬裙并涂覆了RTV涂料(见图2), 之后该设备没有发现闪络事故。      

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Screenshot-2014-09-11-15.14.02 高压直流换流站 解决高压直流换流站的 外绝缘问题 Screenshot 2014 09 11 15

±500kV主直流分压器不同的外绝缘 葛南和天广直流工程中, 分压器护套由陶瓷制成, 其爬电距离较小。而当涂覆了RTV材料之后, 爬距被视为与复合护套分压器相同。此外, 在天生桥和南桥换流站中, 当瓷护套分压器涂覆RTV并加增爬裙之后, 其爬电距离超过了复合护套分压器。

图3:中国±500kV直流分压器(PT)结构形状。 高压直流换流站 解决高压直流换流站的 外绝缘问题 Screenshot 2014 09 11 15

图3:中国±500kV直流分压器(PT)结构形状。

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