一种柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法与流程

本发明涉及输电技术领域，具体而言，涉及一种柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法。

背景技术：

目前，柔性直流输电采用的是电压源换流器(vsc，voltagesourceconverter)，一般使用全控电力电子器件(绝缘栅双极晶体管igbt)，可对有功功率和无功功率进行独立快速控制。

柔性直流具有常规直流的大多数优点，如不存在交流输电的稳定性问题、可以实现非同步系统互联、有功无功可由控制系统进行控制等。此外，基于其采用全控型器件(igbt)和高频调制技术的两大基本特征，不同于常规直流采用半控型器件(晶闸管)和低频调制技术，柔性直流输电又具有以下几个方面的技术优势：

(1)无需交流侧提供换相电流，没有无功补偿和换相失败问题，送、受端换流站均可与弱电网或无源电网联系。

(2)能够快速独立控制有功功率，实现功率动态连续调节。

(3)潮流反转方便快捷，运行方式变换灵活，具备成网条件。

(4)可以向电网提供必要的电压和频率支持，实现系统黑启动。

(5)输出电压谐波小，设备省、占地少。

柔性直流输电在系统接线方式和运行方式上与一般直流输电不同，特别是金属回线的接线方式。一般直流输电系统会在换流站附近设接地极，然后用金属回线将接地极与换流站中性母线连接起来，金属回线一般不长，约为几公里。而柔性直流线路不设接地极，全线采用金属回线，且为节省走廊占地，金属回线与直流极线路同塔架设。

这种架设方式下，金属回线会承受电磁感应电压和雷电过电压的应力，在上述电压应力下，金属回线如何进行绝缘配置亟需研究。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法，旨在解决上述问题。

本发明提出了一种柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法，包括在金属回线和杆塔间设置绝缘子和招弧角，其特征在于，在电磁感应电压下，绝缘子与招弧角均不发生闪络；在多数低幅值的雷电过电压下，绝缘子与招弧角均不发生闪络，在极少数高幅值的雷电过电压下，招弧角先于绝缘子闪络。

进一步地，上述柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法中，其特征在于，招弧角间隙距离与绝缘子干弧距离的比值取77.5％～82.5％。

进一步地，上述柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法中，其特征在于，所述招弧角分别设置在杆塔和金属回线上，所述绝缘子与该招弧角并联连接。

进一步地，上述柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法中，其特征在于，所述绝缘子采用复合绝缘子、瓷绝缘子或玻璃绝缘子。

进一步地，上述柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法中，其特征在于，±500kv柔性直流线路的金属回线在不同海拔高度下所采用的绝缘子有效串长和片数为：海拔500m以下，串长938mm，片数6片；海拔500～1500m，串长1057mm，片数7片；海拔1500～2500m，串长1207mm，片数8片。

本发明的有益效果：本发明提出一种金属回线与杆塔之间采用绝缘子与招弧角并联连接的绝缘配置方式，并给出了绝缘子的材质、不同海拔高度下所采用的绝缘子有效串长和片数，以及招弧角间隙距离与绝缘子干弧距离的比值。这种绝缘配置方法和方案可以保证金属回线在运行过程中能够承受电磁感应电压和雷电过电压的作用，对保障柔性直流系统的安全可靠运行具有重要意义。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例绝缘配置主视图

图2为本发明实施例金属回线与直流极线同塔架设方式示意图

其中：1.绝缘子2.招弧角3.杆塔4.金属回线5.直流极线6.架空地线

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

张家口是我国风能和太阳能资源最丰富的地区之一，风能资源可开发量达4000万千瓦以上，太阳能发电可开发量达3000万千瓦以上。作为创新示范区的重要内容，张家口将建设世界首个±500千伏四端直流电网——柔性直流电网示范工程，工程具备3000兆瓦输电能力。示范工程计划在康保、张北、丰宁建设三个±500千伏送端柔性直流换流站，在北京建设一个±500千伏受端柔性直流换流站，并建设多能源互补交直流协调控系统，实现风电、光伏、抽水蓄能等多种清洁能源柔性直流接入和输送。

目前，±500kv张北柔性直流工程正在设计阶段，一旦核准后，将正式开始施工。工程线路总长度为632.7km，金属回线与直流极线路全线采用同塔布置方案。在系统内过电压下，直流极线在金属回线上电磁感应过电压高达363kv，在如此高的过电压下，金属回线能否安全稳定运行需要可靠的绝缘配置。另外，长达632.7km的金属回线受雷面积比一般直流系统金属回线的大，张北工程又处于多雷区，金属回线的雷电防护也需要重点关注。

为了对金属回线进行绝缘配置，提出了一种柔性直流系统中金属回线的绝缘配合方法，包括在金属回线和杆塔间设置绝缘子1和招弧角2，在电磁感应电压下，绝缘子与招弧角均不发生闪络；在多数低幅值的雷电过电压下，绝缘子与招弧角均不发生闪络，在极少数高幅值的雷电过电压下，招弧角先于绝缘子闪络。

本发明包括一种招弧角间隙，该间隙用于在极高幅值的雷电过电压下优先闪络，以保护绝缘子免于雷击损伤。为保证优先闪络，招弧角间隙距离与绝缘子干弧距离的比值取77.5％～82.5％，绝缘子干弧距离为绝缘子在正常带有运行电压的两个金属附件之间外部空气间的最短距离。

招弧角2分别设置在杆塔3和金属回线4上，所述绝缘子1与该招弧角并联连接。

实验中采用的绝缘子可以采用复合绝缘子、瓷绝缘子或玻璃绝缘子。

±500kv柔性直流线路的金属回线在不同海拔高度下所采用的绝缘子有效串长和片数一般为：海拔500m以下，串长938mm，片数6片；海拔500～1500m，串长1057mm，片数7片；海拔1500～2500m，串长1207mm，片数8片。采用这种绝缘配置的雷击闪络率一般约为0.56次/(100km·a)(归算到40雷暴日)。

本发明提出一种金属回线与杆塔之间采用绝缘子与招弧角并联连接的绝缘配置方式，并给出了绝缘子的材质、不同海拔高度下所采用的绝缘子有效串长和片数，以及招弧角间隙距离与绝缘子干弧距离的比值。发明内容已经被±500kv张北柔性直流工程设计采纳，从仿真计算结果来看，完全可以保证金属回线的运行安全。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。