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特高压直流输电系统换流站操作过电压机理与绝缘配合研究

王东举  
【摘要】:我国能源与负荷空间分布不均衡,需要实施“西电东送”、“北电南供”将西部、北方的电能输送到东部南方负荷集中的地区。特高压直流输电以其适合大容量、远距离输电的优势成为实施该战略工程的首选方案,其稳定运行对我国输电系统稳定有着非常重要的意义。操作过电压与绝缘配合研究是特高压直流输电系统研究的重要课题,完善的过电压防护与合理的绝缘设计可以在保证系统安全稳定的前提下有效地降低设备制造成本以及建设成本。本文的主要研究内容如下:(1)以向家坝——上海±800kV特高压直流输电工程为例,介绍了特高压直流系统的主要设备及其参数,给出了其系统运行主参数的计算方法,列出了相应参数的取值及计算公式,对该工程的主要参数进行了计算,提供了操作过电压计算时所选用的系统运行条件,并给出了该工程的避雷器布置方案及主要避雷器参数。(2)阐述了特高压直流输电系统操作过电压仿真模型的搭建思路,列出了组成仿真模型的功能模块的分工及模型层次结构,提出了实现建模的关键环节及其作用和实现参数,给出了直流控制系统各控制模块环节间的配合关系及相应的逻辑结构。(3)根据特高压直流换流站内不同设备上操作过电压的工况,分别对交流母线操作过电压、交流滤波器内部操作过电压、换流阀过电压、换流器母线过电压、直流极母线过电压、直流中性线过电压和直流滤波器内部操作过电压进行了详细仿真分析计算,计算了各操作过电压的幅值、相应避雷器中流过的能量。分析了各种操作过电压的产生机理、发展过程以及特点,提出了研究各操作过电压时应选取的最严重工况条件,并根据其产生机理及特点,分别提出了相应的限制措施,讨论了直流系统控制保护策略在操作过电压限制中的应用思路。(4)结合已建成投运的向家坝——上海和云南——广东±800kV特高压直流工程,介绍了直流换流站内各关键点的避雷器保护配合方案,讨论了这两个典型工程换流站内各主要设备的绝缘配合结果。根据这些实际工程数据为例提出了特高压直流换流站绝缘配合的两个关键原则:一是对于运行电压较高的设备,尽量降低其绝缘水平;二是对于运行电压很低的设备,其绝缘配合重点应考虑保护这些设备避雷器的运行稳定性,从而通常会设置较高的绝缘水平。(5)结合正在研究中的更高电压等级±1100kV特高压直流输电工程,对该电压等级下的直流输电系统操作过电压及绝缘配合进行分析讨论,并根据前述章节分析的过电压机理,比较了在±800kV和±1100kV两个电压等级下操作过电压的异同,得出了各主要操作过电压及其能量随电压等级变化的规律。通过比较两种电压等级下的绝缘配合方案,结合前述章节对特高压直流系统绝缘配合关键点的分析,得到了这两种电压等级下绝缘配合侧重点应有所不同的结论:即±800kV直流系统绝缘配合侧重于降低避雷器及阀厅空间成本,而±1100kV直流系统绝缘配合侧重于降低设备绝缘水平。最后对特高压直流系统换流站绝缘配合原则进行了总结。


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