高压直流转换开关的长期温升浅谈

2018-02-28武艳艳

科技与创新 2018年4期

武艳艳

（西安西电高压开关有限责任公司，陕西西安 710018）

直流转换开关是高压直流输电系统中的关键设备，是每一项远距离高压直流输电工程中必不可少的换流站主要设备，其关系到输电系统的可靠性、可利用率和可维护性。由于我国地域资源分布不均衡，因此造成了我国建立超远距离、超大容量电力传输的必然性。为了减少线路损耗、缩小输电走廊、节省宝贵的土地资源，特高压直流输电技术成为了一个非常重要的发展方向。

1 高压直流转换开关

直流转换开关主要用于直流输电系统各种运行方式的转换、接地系统转换等，直流输电系统中一般配置有4种类型的直流转换开关，分别是金属回线转换开关MRTB、大地回线转换开关GRTS、中性母线开关NBS和中性母线接地开关NBGS。由于4种类型的转换开关在直流系统中的安装位置不同，其作用也不相同。如图1所示，MRTB安装在接地极引线回路中，其作用是将直流电流从大地回路转换到金属回线通路，从而保证转换过程中直流功率的不中断输送。GRTS的作用是将直流电流从金属回线通路转换到大地回路通路。NBS串联在中性母线上，在单极计划停运时，换流器将电流降为零，NBS在无电流情况下分闸。当双机运行时，一极发生内部接地故障，则故障极投旁通对闭锁，NBS将正常极注入接地故障点的直流电流转移至接地极线路。NBGS安装在换流站站内接地线上，用于提供站内临时接地的设备，其最重要的作用是作为一个快速合闸开关。另外，在NBS转换失败（开断不成功）时，NBGS也可提供暂时的大地回路通路[1]。

2 长期温升

温升试验是高压电器产品验证载流能力的重要试验，是产品的重要性能指标之一，温升过高会引起产品机械及电气性能的下降，严重时会引起重大事故发生。因此，在设计产品时，一定要进行通流能力的计算，产品最终要通过温升试验的验证，达到满足标准中对产品各个部位温升的要求。

对于长期通流的导体，有一温升的估算方法，即：

当通流I1时，温升为ΔT1，则有ΔT1=a×，当通流I2时，温升ΔT2=a×，则有ΔT2＝ΔT1×（I2/I1）1.8.但是此方法仅适用于相同导体、不同电流的情况。

当导体结构改变时，需要根据导体材料允许的电流密度和导体的载流面积来计算导体的通流能力，一般铜管的电流密度为2.2～2.5A/mm2，铝管的电流密度为1～1.35A/mm2[2]。通过材料电流密度和导体需要通流的大小可以大概计算出导体需要的载流面积。当然，导体长期通流导致的温升高低除了与导体本身的材料有关外，还与它的散热方式、散热环境、导体接触面的加工质量及装配质量等因素有关。

图1 直流转换开关在高压直流输电系统中的位置

3 西开有限公司研制的±800 kV直流转换开关

西开有限公司研制的特高压直流转换开关为ZZLW2-100/Y5500-5100，根据用途及在系统中的安装位置不同分为4种类型，分别是MRTB、GRTS、NBS和NBGS，主要包括开断装置、电容器、电抗器、避雷器及绝缘平台，其结构外形图见图2，主要的技术参数见表1.

ZZLW2-100/Y5500-5100直流转换开关是在原有产品的基础上进行结构改进后得出的，原有产品的温升电流为4 400A，而此产品要求的温升试验的试验电流为5 500A通流稳定，再通2 h过负荷运行电流6 600A，因此，需要根据式（1）及以上关于电流密度的计算方法来核算零件的载流能力。具体的温升试验方法是根据标准规定，在符合标准要求的环境下进行，同时产品需要按标准要求在相应的位置预埋测试点，一般采用热电偶线[3]。ZZLW2-100/Y5500-5100直流转换开关的温升试验埋点图见图3，共采用了19个点，试验电流由序号1接线端子引入，从序号11接线端子流出。各部位埋点处的温升值见图4和图5，其中，图4为通流5 500A稳定后的温升图，图5为5 500A通流稳定后接着通流6 600A 2 h的温升图。