±800kV特高压直流受端分层接入方式下低端阀厅金具结构设计

东北电力大学电气工程学院、国网北京经济技术研究院的研究人员刘士利、王洋、张力丹、拾杨，在2017年第14期《电工技术学报》上撰文指出，特高压直流输电系统受端采用分层接入方式是我国未来电网亟待研究的课题，该方式下换流站阀厅内部金具表面电场计算及结构优化对换流站的整体设计具有重要的指导意义。

为此建立±800kV特高压直流输电系统分层接入方式下的仿真模型，得出受端低端阀厅典型金具的电位分布；校核计算传统±800kV阀厅金具在分层接入电压激励下的表面电场分布，并以此为基础，提出一种适用于分层接入方式的±800kV阀厅金具设计方案，即电场分布较严酷的D侧B相避雷器均压环内侧倒角半径根据其最大场强值随倒角半径变化曲线增大至合适的数值，400kV出线均压环管径增大至90mm，其他部分保持不变。计算结果可为采用分层接入方式的特高压直流工程设计和建设提供数据支撑。

为缓解能源和电力负荷分布不平衡，实现大规模“西电东送”和“北电南送”，我国需要加快特高压输电工程建设[1,2]。近几年，随着±800kV哈密南—郑州、溪洛渡—浙江特高压直流工程的投运，特高压直流输电技术和工程应用取得新突破。

到2015年，华中电网形成了同时具有多直流输出（葛洲坝—上海，三峡—常州，三峡—广东等）和多直流馈入（±800kV酒泉—长沙，陇东—江西及±1 100kV准东—武汉）的复杂系统，交直流系统间的相互影响也变得越加复杂。

诸多研究成果表明，在多馈入直流系统中，换相失败可能发生转移和扩展，换相失败故障后果可能更为严重。特高压直流受端采用分层接入1 000kV及500kV交流电网的方式，将极大地提高系统等效短路比，提高系统稳定性，降低直流系统发生换相失败的几率，同时也提高特高压输电效率，节约土地和走廊资源，显著提升经济和社会效益[3-6]。

至今我国对特高压直流受端采用分层接入方式的研究刚刚起步，同时由于工程实施的临近，特高压直流分层接入方式下受端换流站建设的整体设计研究迫在眉睫。

换流站阀厅是特高压直流输电系统的枢纽，是实现交、直流系统能量传递的场所，其内部金具对地电位很高，故在设计阶段应对金具表面电场进行分析，以确定各个金具的形状和尺寸，使场强维持在合理的水平，以确保金具无电晕产生，保证阀厅设备可靠运行[7-9]。

由于分层接入方式下低端换流变压器参数的改变将导致阀厅内部金具电位与常规特高压直流换流站阀厅金具电位不同，因此，研究分层接入方式下低压厅金具表面电场分布，并提出合适的金具设计方案对于阀厅的整体设计是十分必要的。

目前，国内外对特高压直流换流站阀厅内部电场仿真已做了部分研究，文献[10]基于有限元法和瞬时电位加载法计算了±800kV特高压直流换流站阀厅各金具表面电场分布，但不能同时兼顾计算代价和计算精确度；文献[11]提出了三维自适应有限元并行计算方法，实现了对660kV阀厅电场的数值模拟，使求解时间大大缩短；文献[12]提出了一种基于模块化与独立化的剖分思想，解决了复杂模型网格剖分困难问题。文献[13,14]应用边界元法对换流阀屏蔽罩表面电场进行了计算，但并没有求解整个阀厅内部金具表面电场。

本文考虑特高压直流受端分层接入1 000kV及500kV交流电网的方式，计算了低端阀厅典型金具的电位分布，并采用伽辽金边界元法[15-21]校核了传统±800kV阀厅金具在该电位激励下的电场分布，以此为依据，调整传统金具设计参数，得出了适用于分层接入方式的±800kV阀厅金具设计方案。该方案对于±800kV特高压直流系统分层接入工程的推进具有重要的工程意义。

图1 分层接入方式下逆变侧换流系统

结论

本文首先建立了±800kV特高压直流受端分层接入方式下的系统仿真模型，得到了低端阀厅典型金具的瞬态电位分布；然后采用伽辽金边界元法校核计算了传统±800kV低端阀厅金具在分层接入方式下的表面电场分布；最后提出了适用于分层接入方式的±800kV阀厅金具设计方案，即D侧B相避雷器均压环内侧倒角半径根据其最大场强值随倒角半径变化曲线增大至合适的数值，400kV出线均压环管径增大至90mm，其他部位保持不变。

该方案将为采用分层接入方式的特高压直流工程设计和建设提供数据支撑。