一种特高压直流接地极线路绝缘配合方法
【专利摘要】本发明公开一种特高压直流接地极线路绝缘配合方法。包括以下具体步骤：步骤1，按操作过电压水平选择招弧角间隙值；步骤2，按熄弧能力选择招弧角间隙值；步骤3，综合上述按操作过电压水平和熄弧能力选择间隙的结论，提出最终的招弧角配置结果。该方法设计方案综合考虑了特高压直流接地极线路沿线过电压和招弧角熄弧能力，采用伏安特性曲线相交法确定招弧角间隙值，满足了特高压直流接地极线路绝缘配合的要求，避免了特高压直流接地极线路发生过电压击穿和直流续流无法熄弧的技术问题，提高了特高压直流接地极线路的运行可靠性。
【专利说明】
一种特高压直流接地极线路绝缘配合方法
技术领域
[0001] 本发明涉及特高压直流接地极线路绝缘配合领域，更具体地来说它是一种特高压 直流接地极线路绝缘配合方法。
【背景技术】
[0002] 直流大地返回系统(接地极及接地极线路)是直流输电系统的重要组成部分之一。 直流输电系统的运行方式灵活多样，接地极的工作方式亦随之不同。在单极大地回线运行 方式下，运行极的全部输送电流通过接地极流入大地。为了降低入地电流对换流站电力设 备的影响，接地极一般布置在远离换流站的位置。接地极线路即为连接换流站与接地极的 线路(一般为架空线路），其安全稳定运行对整个直流系统至关重要。
[0003] 直流接地极线路具有输送电流大、线路电压低、耐雷水平较低、要求发生接地故障 后具备自熄弧能力等特点。由于接地极线路传输的是直流，一旦发生接地故障，其故障电流 为稳定的直流电流，没有周期性过零点，自熄弧较困难。近年来，随着我国直流输电工程的 建设和发展，系统的电压等级和输送容量不断提高，因接地极线路绝缘故障导致的问题逐 渐引起关注，例如：
[0004] (1)2012年7月6日，±500kV呼伦贝尔-辽宁直流输电工程伊敏换流站极II直流系 统在单极金属回线转单极大地回线操作时，接地极电阻监视电阻异常，7月7日，运行人员在 4号塔处发现导线绝缘子炸裂，导线脱落。
[0005] (2)2012年12月15日，±800kV楚穗直流输电工程楚雄站不对称运行引起接地极闪 络。因故障发生在站内，故障极不允许重启，接地极闪络未能自清除，故障2s后，健全极重启 清除故障。
[0006] 可见，当接地极线路发生接地故障时，在不同的保护策略下，可能导致运行极重启 动或闭锁，甚至接地极线路掉线等严重事故。分析原因，主要是接地极线路的招弧角间隙在 过电压击穿后未能有效熄弧，切断直流续流。
[0007] 我国直流接地极线路的设计，主要参考的是±500kV天广直流时加拿大泰西蒙提 供的巴西伊泰普直流工程的设计原则和相关数据，主要依据是DL/T 5224-2005《高压直流 输电大地返回运行系统设计技术规定》(下称《规定》）的相关规定。关于招弧角间隙，《规定》 指出：
[0008] 1)在接地极线路绝缘子串的两端，应加装招弧角，防止雷击掉线。招弧角宜水平布 置，并配有拉弧角。
[0009] 2)招弧角的间隙应根据直流续流大小合理取值。招弧角间隙应小于0.85倍绝缘子 有效串长，以保证雷击时击穿；同时，招弧角间隙应大于直流续流电弧熄弧间隙，以保证断 开直流续流。
[0010] 3)接地极线路宜采用直流盘式绝缘子，绝缘子片数一般根据招弧角间隙要求确 定，且不得少于二片。
[0011]可见，招弧角间隙选择是接地极线路绝缘配合设计的关键。因此，有必要对接地极 线路的绝缘配合进行研究，找到一种配置方法确定招弧角间隙。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的为了克服上述【背景技术】的不足之处，而提供一种特高压直流接地极 线路绝缘配合方法，统筹考虑接地极线路沿线操作过电压分布和直流续流分布，提出了一 种差异化绝缘配置方案，有效的解决了操作过电压击穿和雷击直流续流熄弧的问题。
[0013] 特高压直流接地极线路绝缘配合要解决的主要问题是招弧角间隙和绝缘子片数， 由于招弧角间隙应取绝缘子串长的0.82-0.85,绝缘子片数可根据招弧角间隙反推得到，故 特高压直流接地极线路的绝缘配合主要是确定招弧角间隙。招弧角间隙需满足以下要求： ①应尽量避免在操作过电压作用下发生绝缘击穿;②招弧角间隙击穿后，应能在短时间内 有效熄弧，断开直流续流。根据上述要求，本专利招弧角间隙应按以下两个原则选择:①按 操作过电压水平选择招弧角间隙值;②按熄弧能力选择招弧角间隙值。
[0014] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的：一种特高压直流接地极线路绝 缘配合方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
[0015] 步骤1，按操作过电压水平选择招弧角间隙值；
[0016] 步骤2，按熄弧能力选择招弧角间隙值；
[0017] 步骤3,综合上述按操作过电压水平和熄弧能力选择间隙的结论，提出最终的招弧 角配置结果。
[0018] 在上述技术方案中，所述的步骤1还包括以下步骤：
[0019] 步骤1-1，确定接地极线路沿线的过电压分布；
[0020] 步骤1-2,确定不同间隙的操作冲击50%放电电压；
[0021] 步骤1-3,基于过电压分布和招弧角间隙和操作冲击耐受水平，决定沿线的招弧角 间隙配置结果。
[0022] 在上述技术方案中，所述的步骤2还包括以下步骤：
[0023] 步骤2-1，确定接地极线路沿线招弧角直流续流分布，得到招弧角电弧稳定燃烧 (熄弧失败)的外在条件(外特性曲线）；
[0024] 步骤2-2,确定招弧角的伏安特性，即电弧稳定燃烧状态下，电弧两端电压U随直流 续流I的变化曲线；
[0025] 步骤2-3,采用伏安特性曲线相交法，确定沿线的招弧角间隙配置结果。
[0026] 在上述技术方案中，所说的步骤3的招弧角间隙配置结果：
[0028]本发明的有益效果是:该方法设计方案综合考虑了特高压直流接地极线路沿线过 电压和招弧角熄弧能力，采用伏安特性曲线相交法确定招弧角间隙值，满足了特高压直流 接地极线路绝缘配合的要求，避免了特高压直流接地极线路发生过电压击穿和直流续流无 法熄弧的技术问题，提高了特高压直流接地极线路的运行可靠性。
【附图说明】
[0029] 图1本发明招弧角间隙配置流程图。
[0030] 图2本发明实施例接地极线路沿线操作过电压分布。
[0031] 图3本发明实施例接地极线路的外特性曲线。
[0032]图4本发明实施例不同间隙距离下的电弧伏安特性曲线。
[0033] 图5本发明实施例典型的招弧角伏安特性(弧线)与线路外特性曲线(直线)相交方 法。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图详细说明本发明实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作 举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
[0035] -种特高压直流接地极线路绝缘配合方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0036] 步骤1，按操作过电压水平选择招弧角间隙值，具体步骤为：
[0037] 步骤1-1，确定接地极线路沿线的过电压分布；
[0038] 步骤1-2,确定不同间隙的操作冲击50%放电电压；
[0039] 步骤1-3,基于过电压分布和招弧角间隙和操作冲击耐受水平，决定沿线的招弧角 间隙配置结果。
[0040] 步骤2，按熄弧能力选择招弧角间隙值，具体步骤为：
[0041] 步骤2-1，确定接地极线路沿线招弧角直流续流分布，得到招弧角电弧稳定燃烧 (熄弧失败)的外在条件(外特性曲线）；
[0042] 步骤2-2,确定招弧角的伏安特性，即电弧稳定燃烧状态下，电弧两端电压U随直流 续流I的变化曲线；
[0043] 步骤2-3,采用伏安特性曲线相交法，确定沿线的招弧角间隙配置结果。
[0044] 步骤3,综合上述按操作过电压水平和熄弧能力选择间隙的结论，提出最终的招弧 角配置结果。
[0045] 作为最佳实施例，根据一种特高压直流接地极线路绝缘配合方法，提出最终的招 弧角配置结果的方法步骤是：
[0046] (1)按操作过电压水平选择招弧角间隙值的方
[0047] 首先，确定特高压直流接地极线路沿线的过电压分布，研究表明，过电压沿接地极 线路呈递减趋势(换流站侧最大，接地极侧最小），如图2所示。
[0048] 其次，对招弧角进行的操作过电压击穿特性试验研究，得到不同间隙的操作耐受 水平即操作冲击50%放电电压。试验结果如下表1所示。
[0049]表1招弧角间隙操作冲击50 %放电电压
[0051]最后，基于过电压分布和招弧角间隙和操作冲击耐受水平，决定招弧角间隙配置 结果，如下表2所示：
[0052]表2操作冲击耐受水平决定的招弧角间隙距离配置结果
[0054]~(2)按熄弧能力选择招弧角间隙值的方法
[0055] 首先，确定特高压直流接地极线路沿线招弧角直流续流分布，得到招弧角电弧稳 定燃烧(熄弧失败)的外在条件:维持某一直流续流I的情况下，招弧角外部需提供的电压曲 线U(外特性曲线）。接地极线路沿线不同故障点对应的外特性曲线如下图3所示。
[0056] 其次，确定招弧角的伏安特性，即电弧稳定燃烧状态下，电弧两端电压U随直流续 流I的变化曲线，该曲线可根据燃弧试验获得，如图4所示。
[0057]最后，基于外特性曲线和电弧伏安特性曲线，采用伏安特性曲线相交法对不同间 隙值的招弧角熄弧能力进行判断，典型的招弧角伏安特性(弧线)与线路外特性曲线(直线） 相交方法如图5所示，各条直线为击穿点位于接地极线路沿线不同位置时的线路外特性曲 线(k0 = l为换流站出口，k0 = 0为接地极），若伏安特性位于某条线路外特性曲线上方，贝lj认 为该招弧角间隙值适用于线路外特性曲线对应的线路范围。
[0058] (3)招弧角间隙配置
[0059] 综合上述按操作过电压水平和熄弧能力选择间隙的结论，基于差异化绝缘配置的 基本思想，最终的招弧角间隙配置结果如表3所示。
[0060] 表3招弧角间隙配置结果
[0062]未详细说明的均为现有技术。
【主权项】
1. 一种特高压直流接地极线路绝缘配合方法，其特征在于，包括以下具体步骤： 步骤1，按操作过电压水平选择招弧角间隙值； 步骤2，按熄弧能力选择招弧角间隙值； 步骤3,综合上述按操作过电压水平和熄弧能力选择间隙的结论，提出最终的招弧角配 置结果。2. 根据权利要求1所述的特高压直流接地极线路绝缘配合方法，其特征在于，所述的步 骤1还包括以下步骤： 步骤1-1，确定接地极线路沿线的过电压分布； 步骤1-2，确定不同间隙的操作冲击50 %放电电压； 步骤1-3,基于过电压分布和招弧角间隙和操作冲击耐受水平，决定沿线的招弧角间隙 配置结果。3. 根据权利要求1所述的特高压直流接地极线路绝缘配合方法，其特征在于，所述的步 骤2还包括以下步骤： 步骤2-1，确定接地极线路沿线招弧角直流续流分布，得到招弧角电弧稳定燃烧的外在 条件； 步骤2-2，确定招弧角的伏安特性，即电弧稳定燃烧状态下，电弧两端电压U随直流续流 I的变化曲线； 步骤2-3，采用伏安特性曲线相交法，确定沿线的招弧角间隙配置结果。4. 根据权利要求3所述的特高压直流接地极线路绝缘配合方法，其特征在于，所述招弧 角间隙配置结果为:_
【文档编号】H02H9/08GK105958464SQ201610371306
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】张冯硕, 李健, 曾连生, 吴高波, 吴庆华, 黄欲成, 刘文勋, 张瑚, 岳浩, 周成均
【申请人】中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司