±800 kV特高压直流换流站阀厅换流变端子金具缺陷分析及优化设计

王慧萍 李晓艳 王炬 柳新枝

摘 要：特高压直流输电线路工程换流站阀厅的换流变和阀塔是阀厅中关键且贵重的设备，其安装不可避免地存在允许范围内的误差，多台设备的累积误差可能造成连通过流的金具无法安装。鉴于此，通过对换流变端子金具进行优化设计，有效解决了累积误差造成实际安装距离和理论设计存在偏差导致的金具无法安装问题。

关键词：特高压直流输电;换流站;阀厅;换流变端子金具;阀塔;优化设计

0 引言

特高压直流输电线路具有造价低、输送容量大、输送功率和方向可快速调节及损耗小等综合优势，现已成为我国特高压输电的主要通道。换流站作为直流输电线路工程中的重要枢纽，担负着交直流转换的重要职责，而阀厅又是整个换流站中的关键组成，厅内布置着各种设备，其中换流变和阀塔是最为关键且贵重的设备，二者之间通过换流变端子金具和管形母线连通过流。此类设备一旦安装定位，后期极难调整，而现有的典型换流变端子金具安装距离均为固定值，无法根据实际情况调整，因此，有必要对换流变端子金具进行优化设计，以解决实际安装位置和理论设计存在偏差导致金具无法安装的问题。

1 换流变端子金具的作用及特点

换流变端子金具用于换流变端子与阀塔或避雷器等设备之间的过流连接，典型的±800 kV换流站阀厅布局如图1所示，换流变端子金具的一个端口安装在换流变端子上，另一（两）个端口安装在管母线端部，通过管母线过渡和阀塔或避雷器等设备连接，从而形成换流变和阀塔等设备之间的过流通道。同时，由于换流变或阀塔均不适宜承重，因此这类金具往往通过悬吊绝缘子悬挂后和换流变端子与管母线连接，金具及管母线的重量由悬吊绝缘子承担，和设备端子的连接也多为滑动或摆动连接，避免刚性连接在热胀冷缩或振动时对设备造成损伤。

2 现有换流变端子金具结构及缺陷分析

2.1    结构特点

以现有典型两通换流变端子金具为例，其结构三视图如图2、图3及图4所示，金具整体悬挂在悬吊绝缘子下端，带有两个连接端口，伸出防晕球之外的端口连接换流变端子，位于防晕球内部的端口连接管母线。金具整体悬吊高度可顺悬吊轴上下调整，两个连接端口均可顺悬吊轴及绕悬吊轴旋转调整，接管母线的端口安装距离可顺管母线调整。

2.2    缺陷分析及存在问题

现有产品在结构设计时已经较为充分地考虑到实际安装位置和理论设计可能存在的偏差，整体结构设计为悬吊高度、安装角度及管母线的安装距离均可调整，但此结构仍存在一个重要的连接缺陷，即换流变端子和悬吊轴心之间的安装距离不可调，而实际安装距离往往和理论设计存在一定的偏差，可能造成换流变端子金具无法安装。

3 换流变端子金具结构优化设计方案

3.1    优化设计方案结构

根据上述结构缺陷及其造成的安装问题，对现有换流变端子金具做了优化设计，原防晕球及过流金具结构保持不变，对悬吊连接结构中换流变端子侧和悬吊轴之间的连接杆进行优化設计，如图5所示，原有典型换流变端子金具机械连接组件接换流变端子侧为固定不可调结构，连接杆和固定盘焊接为一体，通过螺钉固定安装在换流变侧金具部件上，安装后距离固定，顺连接杆和绕连接杆方向均不可调节。优化设计后的机械连接组件结构如图6所示，将原来的连接杆和固定盘组焊的结构优化为螺纹管和螺纹杆螺接，螺纹管一端焊接有卡轮，用于和金具部件连接，另一端靠近管口处设计有观察孔，另外螺纹管上加工有两面对称的夹持面。

3.2    优化后结构特点

优化后的机械连接组件通过调整螺纹杆旋入螺纹管的长度即可相应调整安装距离。和金具部件的连接方式也由螺钉连接优化为卡轮卡入金具预留孔中可独立旋转的连接方式，此优化设计方案的优点是既可实现安装距离的可调，又无须按照“试装金具—测量实际距离—拆卸金具—调至所需距离—再安装金具”的烦琐步骤调整，只需在安装后根据需要独立旋转螺纹杆就能实现安装距离的灵活调整。夹持面用于调距时工具钳口的夹持，便于人员操作。观察孔用于保证调整时螺纹杆在螺纹管内有一定的旋入深度，不至于因旋入深度太少而影响机械连接性能。整套金具调节操作方便快捷，安装后可根据实际距离精密调整至最优状态，保证金具的顺利安装。

4 优化设计产品的实际应用

目前，此优化设计的产品已应用于实际工程中。刚刚建成的青海—河南特高压直流输电工程±800 kV海南换流站阀厅就出现了金具无法安装的问题，该工程中换流变和阀塔的安装位置以及悬吊绝缘子吊点的位置均满足理论设计要求，偏差也均在设计允许范围内，单个设备安装均验收合格，但在安装换流变端子金具时出现了安装后悬吊绝缘子未呈竖直状态而是偏向换流变的情况，影响空气净距离及厅内的安装美观，未能通过验收。虽然换流变端子金具的设计安装距离及实际产品尺寸也和理论设计一致，但换流变、阀塔及悬吊绝缘子吊点均已无法调整，只能通过调整换流变端子金具来满足实际安装需求。

针对这种状况，该工程采用了优化设计后的金具，安装前先预调安装距离，安装后旋转螺纹管微调至最佳状态，以满足工程的使用和安装要求，有效解决了实际安装距离和理论设计存在偏差的问题，保证了金具的顺利安装。

5 结语

鉴于工程实际应用中出现的问题，本文对原有的换流变端子金具进行了优化设计，优化后的金具在原有金具悬吊高度可顺悬吊轴上下调整，两个连接端口均可顺悬吊轴及绕悬吊轴旋转调整，且管母线端口可顺管母线调整。在此基础上，还增加了换流变连接端口安装距离的独立调节功能，实现了整套金具所有连接方向均可调，且调整安装精准快捷。经工程实际应用验证，优化后的金具在不影响原本性能要求的前提下，方便有效地解决了因工程实际安装距离和理论设计存在偏差而无法安装的问题。

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收稿日期：2021-01-26

作者简介：王慧萍（1982—），女，河南漯河人，硕士，高级工程师，主要从事输变电金具的设计研发工作。