摘要：根据特高压直流换流站避雷器布置的基本原则，结合现有±800kv特高压直流换流站绝缘配合的经验，提出了±1100kv换流站避雷器布置方案，并对该方案的可行性进行了分析，本文依托某±1 100 kV特高压直流输电工程，给出了换流站的绝缘配合研究结果，提出了换流站的避雷器布置方案，详细分析了换流站交流侧、阀厅和直流场设备的过电压保护策略，并根据选取的设备绝缘裕度最终确定了换流站设备的绝缘水平。
关键词：特高压直流输电；±1100 kV；换流站
1引言
特高压直流电源具有长距离、大容量、低损耗等优点，是实施“西电东送”战略，实现我国能源资源优化配置的有效途径。±800KV直流换流站的高端换流变压器、高压直流800KV穿墙套管等关键设备的绝缘水平和制造成本已经相当高，而与±800KV直流输电相比，±1100KV特高压直流输电的运行电压提高了37.5%，能否限制其关键设备的绝缘水平将直接影响整个工程的经济性甚至可能影响到技术上的可行性。因此，研究±1100kv特高压换流站绝缘配合的关键问题，采用有效的技术手段，经济合理地确定关键设备的绝缘水平，具有十分重要的意义。
2 ±1100KV关键设备的经济技术特点
2.1高端换流变压器及其阀侧套管
由于换流变压器阀侧与直流相连，换流变压器不仅要承受交流电压，还要承受直流电压，这是换流变压器在结构上不同于普通变压器的根本原因。±1100KV直流输电采用550KV＋550KV的双12脉动换流器串联接线，随着电压等级的提高，位于直流系统最上层的550KV高端换流变压器及其阀侧套管的绝缘水平会进一步上升，将面临设计和制造难度增大、成本急剧上升的问题。高端换流变压器阀侧套管作为换流变压器的外部连接装置，与换流阀桥臂直接相连，实现换流变压器与换流阀的连接，是换流变压器最主要的组成部件之一。由于其在运行过程中，不仅直接承受来自两侧交直流系统的交直流运行电压，同时还要承受来自换流器的大量特征、非特征谐波，还要受到直流偏磁的影响，运行条件相当严酷，并且不同电压性质的电场分布特性又不同，使其内外绝缘的结构复杂，设计研发难度极大。考虑到其绝缘水平很高，就需要采用更多的绝缘材料，而且绝缘材料的工艺处理程度将直接影响产品的绝缘性能，因此对制造工艺提出了极其严格的要求，制造难度很大，制造成本也非常高昂。
2.2高压直流1100KV穿墙套管
高压直流1100kv穿墙套管是高压导线进出阀门大厅的关键设备，也是特高压直流设备制造的瓶颈之一。在套管的电绝缘结构中，既有外绝缘又有内绝缘，在高直流电压的作用下，容易出现电场分布不均匀的现象，如果结构设计不合理，可能会发生局部放电或地面闪络，损害设备的绝缘可靠性。除了结构合理外，这种高水平绝热设备的绝热材料也对纸张纤维的厚度、分布提出了很高的要求。另外，对于长度小于20m的1100kv直壁套管，制造工艺非常严格，内芯绕组工艺应严格控制，以保证纸层紧密均匀，浸渍均匀，无残余气泡。因此，从结构设计、材料选择和制造工艺等方面来看，1100kv直流套管的研制成本将是巨大的。
2.3简要经济性分析
从以往工程经验及±800KV特高压直流工程的实施情况来看，当电压等级达到目前设计中最高的±1100KV后，设备体积和质量进一步增大，如1100KV穿墙套管长度将达到约25m，质量接近18t。因此，设备结构需要进行进一步的优化设计，各类绝缘材料的电气机械特性，如耐高压、耐污秽、耐腐蚀性都需要重新试验验证，此外设备制造工艺也将变得更加困难。
因此，设备成本与绝缘水平之间将呈现出很强烈的非线性特性，±1100KV特高压设备绝缘水平的微小降低，就可以使设备体积、制造成本、试验成本、运输难度等降低很多，从而取得良好的经济技术效益。
3特高压换流站避雷器配置
3.1特高压直流输电工程避雷器
V。阀避雷器，直接并联在换流阀两端，保护换流阀免受交流侧经换流变压器传递过来的操作过电压或直流侧由于各种原因产生的过电压的损坏。不同位置的阀避雷器对能量吸收的要求各不相同，一般可通过多柱并联达到高能量吸收能力的要求，据此V型避雷器有V1、V2、V3 3种。
DB1、DB2。分别为直流极线、直流母线避雷器，其电气参数完全相同，安装位置不同。DB2位于直流极线平波电抗器线路侧且紧靠平波电抗器，DB1位于直流线路出口处，两者均用于限制直流开关场的雷电和操作引起的过电压。需要指出的是，安装DB2避雷器是必要的，对于雷击过电压，DB1相当于第1道防护，DB2相当于第2道防护。由于雷电波是高频分量，平波电抗器阻抗很大，反射回来的过电压波幅值会明显增大，对平波电抗器的绝缘产生严重危害。通过安装DB2避雷器，可限制反射波的过电压幅值，降低平波电抗器的端对端过电压。
DR。直接跨接于直流母线平波电抗器两端，主要用于防护雷电入侵波。极线出口处受到反极性雷击时，会在极线平抗两端产生很高的过电压，因此对这部分平抗的绝缘要求较高，制造难度和成本很大。通过在极线平波电抗器两端加装并联避雷器DR来限制该种雷电冲击波，降低绝缘要求。由于大部分雷击为负极性，DR避雷器对位于换流站正极直流母线上的平波电抗器的保护作用更加明显。
3.2特高压直流输电工程避雷器
A2。由于特高压运行电压较高，上12脉动换流单元的换流变，尤其是最高端换流变Y/Y1阀侧的最高运行电压较高，接近900kV，在某些故障工况下该处的过电压会非常大，因而可以考虑在最高端换流变压器Y/Y1阀侧安装A2避雷器，直接保护处于最高电位的换流变压器阀侧。实际上，在工程中，MH与V2避雷器串联实现了上述保护功能。
C2。直接保护整个上12脉动换流单元，特别是在上12脉动换流单元单独运行时，有效保护换流单元两端及内部设备。从2个特高压直流工程的换流站避雷器具体布置可以看出，相比于常规直流输电工程，特高压直流换流站配置的避雷器种类、数目更多，保护更加细致，几乎所有设备都有专门的避雷器直接保护。其中，对于直流极线平波电抗器进行并联避雷器端对端保护和最高端换流变阀侧绕组的保护是特高压直流工程避雷器保护方案的显著特点。
结语
高端换流变压器和高压直流1100KV穿墙套管是单体承受1100KV全电压、全电流的关键设备，有效限制并降低其绝缘水平，能为±1100KV特高压直流工程取得良好的经济技术效益。相比于常规直流输电工程，特高压直流换流站配置的避雷器种类、数目更多，保护更加细致，几乎所有设备都有专门的避雷器直接保护。对于直流极线平波电抗器的端对端保护，2项特高压工程均采用并联避雷器直接保护，有效降低了极线平抗的绝缘水平。
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