特高压阀厅电气设计

特高压阀厅电气设计1、特高压阀厅设计原则

±800kV直流输电工程为双极接线，每极采用双十二脉动阀组串联连接，每个十二脉动阀组单独设一个阀厅，因此特高压换流站需要4个阀厅。

为保证输电可靠性，任何一个阀厅故障或单极故障都不能影响其他阀厅的正常运行，控制保护和辅助系统应完全独立，每个阀厅应能灵活投运与退出，为实现上述目的，每个十二脉动换流单元增设有旁路开关。这是不同于常规直流阀厅的设计之一。

根据阀塔设备型式的不同，可以采用二重阀或者四重阀。二重阀阀厅占地面积较大，四重阀阀厅占地面积较小。与换流变以及直流场布置综合起来考虑，各种阀厅各有优缺点，总体而言均为可行方案。

阀厅的电气设计中阀塔等设备的电气布置及接线是核心内容。而阀厅布置取决于主设备尺寸和安全净距要求。阀厅内除阀塔外，还布置有避雷器、地刀、直流电流互感器、直流电压分压器、管母、支持绝缘子及悬垂绝缘子等诸多设备及导体连接，各设备导体之间以及设备导体对地的距离都应保证在安全范围以内，因此需要注意校核每个设备的电气净距。此外，因阀厅内暖通风管管径较大，与电气设备间的距离也应该注意校核。

阀厅电气净距计算需基于过电压及绝缘配合研究成果，采用国际通用的g参数法进行计算。特高压直流工程绝缘配合和净距计算原理与常规±500kV直流工程类似，但具体避雷器配置的各种组合方案更多更复杂，需要经过优化确定最终方案。2阀厅电气净距计算研究2.1阀侧避雷器配置及过电压水平

1800kV特高压直流输电工程最关键的问题是绝缘水平提高和系统结构不同。现阶段过电压绝缘配合工作仍有许多未定因素，考虑到设备制造能力，暂按图1所示的避雷器配置方案。

电气净距的计算，现阶段暂按表1给出的阀厅过电压水平。2.2电气净距计算方法2.2.1概述

电气安全净距应考虑由雷电冲击电压(BIL)决定的净距和由操作冲击电压(SIL)决定的净距，通常操作冲击的影响更为严重，是电气净距的决定因素。

对于阀厅内的最小电气净距，都应根据IEC标准对实际海拔进行修正，并考虑环境温度和湿度等因素，反映大气等安装环境对其产生的影响。对于高海拔换流站，海拔修正显得尤为重要和突出。对于非高海拔换流站，由于阀厅内的电气布置都非常紧凑，往往在关键点处的电气净距显得比较紧张，因此带电距离的校核很关键。根据IEC国际标准以及外方电气净距计算工程经验，电气净距计算如下:

目前g参数法只能适用于海拔2000m及以下的海拔修正，这是因为相对空气密度修正系数表达式的幂指数m和湿度修正系数表达式中的幂指数w的使用范围限制在海拔2000m及以下。2.3

SILIBIL电气净距算例

下面以阀厅内高压极母线对地最小电气净距为例计算电气净距.2.3.1阀厅内环境:

温度t为10~45℃相对湿度为25%~60%;海拔高度为550m(本算例以550m为例)。

2.3.2操作冲击电压修正系数k1和k2的计算(根据IEC60060-1):2.3.3操作冲击临界闪络电压U50(CFO)2.3.4

操作冲击电气净距dcorr2.3.5雷电冲击电压修正系数k1k2的计算(根据IEC60060-1):2.3.6

雷电冲击临界闪络电压U50(CFO):2.3.7雷电冲击电气净距dorr2.4电气净距计算结果

对本工程1800kV的高端和低端阀厅内各关键点最小电气净距进行了计算，结果如表2.

工程设计中，考虑到设备制造工艺因素，各带电部分的电极曲率可能不尽平滑连续，尖端放电概率有可能增大，因此在实际设计中对电气净距的取值在计算结果上留有适当裕度，但裕度也不能过大，否则影响阀厅设计的经济性。

另外，为方便±800kV特高压直流工程不同于上述操作冲击耐受水平的电气净距取值，我们给出对应不同电极形状系数下的电气净距曲线.见图2和图3。由于操作冲击水平是电气净距的决定因素，图中仅表示操作冲击值。对于同一操作冲击值，阀厅相对地的电气净距比相对相稍小。3阀厅布置研究3.1换流阀结构及外形

换流阀的核心元件是晶闸管。常规直流工程采用的是5英寸晶闸管。特高压直流工程由于输送容量大、电压等级高，对晶闸管的电流和电压能力要求更高。目前国内、国外公司均在进行6英寸晶闸管元件的研发工作。本文中阀厅结构及外形均参考现阶段的初步资料。

沿用国内所有直流工程经验，特高压直流工程换流阀仍采用空气绝缘、去离子水冷却、悬吊式二重阀或四重阀结构，户内安装。每个二重阀或四重阀由绝缘子和绝缘棒悬吊于阀厅顶部钢梁上。3.2阀厅尺寸要求

800kV高端或低端换流阀的端对端电压都是400kV，除电压等级、绝缘水平以及晶闸管元件与常规500kV直流工程不同外，其余原理都是一样的。此外还应校核布置在阀厅里的巡视走道、暖通风管、水管、桥架等与电气设备之间的带电距离。

阀厅的长宽净空尺寸主要取决于设备外形、设备连线、带电距离以及运行检修空间等，阀厅净空高度主要取决于阀塔本体高度、阀塔对地安全净距以及运行检修空间等。2种型式的换流阀塔接线方式(如图4、图5)有差异，但本体高度差别不大。根据电气净距计算结果，推荐阀厅尺寸如表3.

上述阀厅大小比国网公司特高压阀厅研究成果中给出的尺寸都要小，因为本阶段已有较详细的过电压绝缘配合报告作为电气净距计算的依据。本阶段我们在阀厅布置上做了一定优化，将二重阀阀厅长度限制在80m以内。四重阀阀厅尺寸，是参考ABB最新资料，布置最为紧凑的方案。3.3阀厅平断面布置

换流阀采用二重阀时，根据阀塔结构以及换流变与阀塔的接线特点，6台换流变布置在阀厅的同一侧，二重阀阀厅方案1为穿墙套管在阀厅纵向出线，配合换流变面对面布置方案，如图4所示;方案2为穿墙套管在阀厅横向出线，配合换流变一字型布置方案，如图5所示。换流阀采用四重阀时，根据阀塔结构以及换流变