CN102628908B - 阀厅阀组避雷器的快速检测方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀厅阀组避雷器的快速检测方法及结构，将直流阀厅的避雷器分拆出来单独挂串在直流阀厅外，并保证直流阀厅与避雷器的连接；用相同长度复合绝缘子代替避雷器安装在直流阀厅内，使原阀组避雷器上下端连接的阀片、管母及相连接的全部阀组设备均连接至复合绝缘子上；定期将单独挂串的避雷器拆卸下来进行预试和检测，从而达到减少避雷器拆卸的工作周期、实现避雷器的快速检测的目的。这样的方式在对避雷器进行定期的预试和检测过程中，只需要拆卸避雷器，由于避雷器采用了单独挂串的方式，因此极大的降低了拆卸难度，缩短了工作周期，使阀厅阀组避雷器预防性试验工作实施可能性大大提高。

Description

阀厅阀组避雷器的快速检测方法及结构

技术领域

本发明涉及高压输电领域，尤其是一种阀厅阀组避雷器的快速检测方法及结构。

背景技术

500kV高压直流输电系统中，换流站阀厅内部使用的阀厅阀组避雷器是防止操作过电压和雷电引起的雷电过电压对阀厅设备造成危害的主要元件。阀厅阀组避雷器作为直流阀厅内部的主设备需进行定期的预试和检测，但由于目前该类型设备拆卸难度较大、工作周期较长，导致各个直流站点对阀厅阀组避雷器的预防性试验工作一直没有开展，设备存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是：提供一种阀厅阀组避雷器的快速检测方法及结构，它能极大的降低阀厅阀组避雷器的拆卸难度，缩短工作周期，方便快速的对阀厅阀组避雷器进行定期的预试和检测，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：阀厅阀组避雷器的快速检测方法，将直流阀厅的避雷器分拆出来单独挂串在直流阀厅外，并保证直流阀厅与避雷器的连接；用相同长度复合绝缘子代替避雷器安装在直流阀厅内，使原阀组避雷器上下端连接的阀片、管母及相连接的全部阀组设备均连接至复合绝缘子上；定期将单独挂串的避雷器拆卸下来进行预试和检测，从而达到减少避雷器拆卸的工作周期、实现避雷器的快速检测的目的。

阀厅阀组避雷器的悬挂结构，包括直流阀厅，避雷器，阀厅悬挂横梁，避雷器处于直流阀厅外，避雷器的顶部固定在阀厅悬挂横梁上、其底部固定在直流阀厅外侧的横管母上，在直流阀厅上设有复合绝缘子，直流阀厅的阀片、管母及相连接的全部阀组设备均连接到复合绝缘子上；直流阀厅的避雷器接口屏通过光纤与避雷器连接。

在避雷器及复合绝缘子的连接接头上设有均压环。

避雷器通过工字钢抱夹固定在阀厅悬挂横梁上。工字钢抱夹能确保避雷器悬挂的快速、可靠。

由于目前使用的阀组避雷器的悬挂方式在拆卸试验中极为不便，因此要在不影响设备正常运行的前提下设计出新的拆卸试验或悬挂方式。但是，在改进悬挂方式后需要考虑是否会导致避雷器、绝缘子及相邻组件电场分布不均；直流阀厅的换流阀是否还在避雷器的保护范围内；避雷器及绝缘子使用的均压环、金具、吊带会不会出现放电现象；改变避雷器的位置后，由于阀厅悬挂横梁力学的变化，阀厅悬挂横梁的承受能力是不是在可接受范围内；避雷器位置改变后对测量光纤的影响。

为了保证本发明的实施效果，必须考虑以上因素，因此需要进行相应的测试：

1、换流阀、避雷器、绝缘子电场分布计算

根据初步设计方案，在换流阀变换阀组避雷器和相关悬挂绝缘子的位置后，电场分布情况将会发生变化。为了确保避雷器等设备处在一个合适的位置，需要对避雷器位置变化后的电场进行仿真，确保空间各处电场强度合理。仿真软件采用COMSOL Multiphysics多物理场仿真计算软件并且进行了电场仿真模型构建，建立了数学几何模型，并赋予电场源和电场边界条件进行计算。

由于换流阀结构及其复杂，仿真时需要进行合理的简化，从而以较小的计算代价获得合理的结果。换流阀主体由许多硅模块构成一个长方体，上下层的硅模块之间存在空气距离，为D1=1.24 m，由于一个硅模块的高度D2=0.5 m，D1比D2大一倍多，因此换流阀对电场分布特别是各避雷器、绝缘子表面电场影响不大，而此处仿真主要目的在于测试绝缘子、避雷器表面电场分布，因此在仿真时将换流阀予以忽略。对于绝缘子、避雷器表面电场，连接用的管母线有较大影响，予以考虑。避雷器表面的绝缘护套带有棱槽，由于棱槽过于密集，在现有计算机条件下计算存在困难，考虑到棱槽密集之后表面电场与表面为光滑柱体情况下电场相近，因此画避雷器时将外部瓷套其处理为光滑柱体。在comsol中绘制阀避雷器、绝缘子模型如图2及图3所示；四只阀避雷器的编号如图4中所示，位置变换后阀避雷器的编号与图5相同；通过仿真得到绝缘子、避雷器位置调整前后的空间电场和表面电场。通过对比各组避雷器位置调整前后的电场分布，得出以下结论:

（1）避雷器变化位置之后跟变化位置之前相比，在靠绝缘子一侧，避雷器头部附近电场强度的分布变得更均匀，可能是由于绝缘子均压环阀避雷器均压环之间的相互屏蔽作用。在另一侧，避雷器头部附近电场强度与位置变化之间相近。

（2）在避雷器靠换流阀一侧，其位置变化前后电场分布相近，因此可知避雷器与换流阀距离一定时，其位置调整对其与换流阀之间的运行状态不产生影响。

（3）沿避雷器表面和绝缘子表面，空间电场分布较为不均匀，对设备运行不利，需要进行优化。

2、换流阀避雷器保护范围分析

为简化分析，不计及换流阀的对地入口电容，避雷器装设在换流阀端的接线如图6所示。在B点接有换流阀和避雷器，入侵波u自线路入侵，线路波阻抗为Z ₁，避雷器动作前后的电压可以用图7、图8等值电路计算表示。

此次设计中，已知避雷器的残压U _b.5=1063 kV，换流阀的耐压值U _j=1187 kV，换流阀对地平均高度h=5 m，换流阀的进线端l ₀=15 m，经过测量避雷器与换流阀之间距离为70 cm，由于此时修正系数约为1，故换流阀与避雷器最大容许距离计算如下：

空间陡度a ^’：

 (kV/m)    

最大保护距离l _max：

 m

因为6.654 m≥70 cm，故换流阀仍然在避雷器的保护范围内，此设计合理。

3、避雷器及绝缘子均压环、金具、吊带参数计算

3.1 避雷器及绝缘子均压环、金具电场分析及参数计算

在避雷器位置变化后，需要对其均压环、连接线上的金具进行电场分析，确保均压环与各金具表面电场不超过起晕电压。同时，通过合理选择均压环的位置尺寸，达到尽量降低其表面电场，提高运行安全水平的目的。电场的仿真原理与过程和上一节相同。

以上一部分建立的模型为基础，以变换位置后的四号阀型避雷器为对象，研究其均压环参数对表面最大电场的影响，并以此为基础选择合适的均压环参数。

通过大量的仿真计算得出，如避雷器采用单一均压环结构，其结构参数取为R=300mm，r=70mm，h=80mm时，避雷器高压端电场分布最为均匀，因此在更换后我们采用了相同规格的均压环进行了安装。

3.2 吊带的选择

地面距房顶工字钢大约21m，单只避雷器与绝缘子高度为3.5～4m之间，选用8 m和16m吊带从避雷器底座穿过起吊，除去避雷器直径长度等因素应正好合适。

4、改变阀组避雷器布置后横梁力学分析

工程实际中, 换流站房顶载荷主要是来自房顶各构件的自重以及与房顶连接的其他设备的重量(如与房顶连接的绝缘子、避雷器等)。计算时要给房顶各单元施加实际载荷。因此我们使用限元分析软件 ANSYS进行房屋力学分析。

房顶所采用的材料均为结构钢 Q235A，其抗拉强度为375MPa～460MPa，也就是每平方毫米面积可承受375N～460N的拉力，按照最小375N计算，φ20圆钢的面积为314平方毫米，可承受拉力为375×314＝117750N,10N＝1kg，则可承受11.7吨的重量，三层管母重量小于1吨，安全系数为11＞6，扁钢的远远安全系数也远远大于6， M16、6.8级螺栓的抗剪强度为45kN，则两颗为90kN，安全系数为9＞6，M20、6.8级螺栓的抗剪强度大于60kN，均能满足施工要求。

房顶采用是1mm厚Q235A 钢板,其最大许用应力为235MPa，各横梁之间的间距较大，造成房顶构件所受应力不大(即强度足够)，但产生的变形较大(即刚度不够)。因此，房顶面可采用0.6mm厚的压型彩钢板。彩钢板1m宽的惯性矩为13.85cm⁴/m。但在仿真时给钢板输入截面参数时,只能给定其厚度,不能直接给定惯性矩。因此就必须根据钢板的惯性矩计算钢板在具有相同刚度条件下的等效厚度。而惯性矩I_y = bh³/12, 其中 I_y=13.85cm⁴/m, b=1m, 则h=11.85mm。不过, 这时虽然刚度已经等效了,但施加的重量增加了, 就必须减去多施加的11.25 mm 厚的钢板重量。于是在屋顶面上加一个向上的压强以抵消多施加的钢板重量。所以,该总压强为ρgh=7850*9.8*0.01125 =866 pa。垂直屋顶面的压强为ρghcos100⁰=852 pa,屋顶面内的压强为ρghsin100⁰=150 pa。

每个避雷器以480kg来计及；复合绝缘子以500kV复合绝缘子的重量来计算，复合绝缘子的重量为同电压等级下的瓷绝缘子重量的1/6～1/9；中间的管型母线以4.5kg/m来考虑。

对换流站悬挂避雷器的房顶横梁运用ANSYS软件进行求解运算, 连接拆卸避雷器的横梁单元在拆除避雷器前后所受应力、变形分别如图9～图12所示, 各单元最大应力、变形情况如表1所示。对比图9、图10和图11、图12可知，在拆卸避雷器之后，房顶横梁的形变位移和所受应力都相对拆卸之前有一定的减少，最大应力从1.83MPa减小为0.17MPa，变形改善也较为明显, 其最大变形由原来的 15.1mm 减小为9.2mm，同时屋顶的重量基本没有增加。所以可知，此种拆卸方法，从横梁受力角度来看，是可行的。

表1换流站房顶单元最大应力变形表

5、光纤耐压试验研究

避雷器改变位置后，其测量光纤的布置也会相应发生改变，可能会产生光纤沿面放电的问题。为此，对光纤试品进行了直流耐压试验，为分析改变避雷器位置后测量光纤可能产生的外绝缘闪络问题提供了依据。试品为0.5m长的光纤，光纤悬垂于支承绝缘杆上，试品一端连接-100kV直流电压，一端接地，耐压60s。对1#～5#共5套试品在-100kV直流电压下耐压60s，均未发生光纤沿面闪络现象，因此更换后光纤耐压是不会受影响的。

由于采用上述的技术方案，与现有技术相比，本发明采用将现有直流阀厅中的避雷器分拆出来进行单独挂串的方式，并采用复合绝缘子固定在原避雷器的位置上，这样的方式在对避雷器进行定期的预试和检测过程中，只需要拆卸避雷器，由于避雷器采用了单独挂串的方式，因此极大的降低了拆卸难度，缩短了工作周期，可以在允许的停电作业时间内完成该工作，使阀厅阀组避雷器预防性试验工作实施可能性将大大提高。本发明容易实施，能保证使用的安全性，使用效果好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的避雷器的结构示意图；

图3为本发明的复合绝缘子的结构示意图；

图4为避雷器位置变换前的模型示意图；

图5为避雷器位置变换后的模型示意图；

图6为本发明的避雷器直接装在换流阀旁边的接线图；

注：图6中1为换流阀；2为避雷器；

图7为本发明的避雷器直接装在换流阀旁边的动作前等值电路；

图8为本发明的避雷器直接装在换流阀旁边的动作后等值电路；

图9拆卸避雷器之前阀厅悬挂横梁上的节点位移图；

图10拆卸避雷器之前阀厅悬挂横梁单元等效应力图；

图11拆卸避雷器之后阀厅悬挂横梁上的节点位移图；

图12拆卸避雷器之后阀厅悬挂横梁单元等效应力图。

具体实施方式

本发明的实施例：阀厅阀组避雷器的快速检测方法，将直流阀厅的避雷器分拆出来单独挂串在直流阀厅外，并保证直流阀厅与避雷器的连接；用相同长度复合绝缘子代替避雷器安装在直流阀厅内，使原阀组避雷器上下端连接的阀片、管母及相连接的全部阀组设备均连接至复合绝缘子上；定期将单独挂串的避雷器拆卸下来进行预试和检测，从而达到减少避雷器拆卸的工作周期、实现避雷器的快速检测的目的。

阀厅阀组避雷器的悬挂结构如图1所示，包括直流阀厅1，避雷器2，阀厅悬挂横梁3，避雷器2处于直流阀厅1外，避雷器2的顶部固定在阀厅悬挂横梁3上、其底部固定在直流阀厅1外侧的横管母上，在直流阀厅1上设有复合绝缘子4，直流阀厅1的阀片、管母及相连接的全部阀组设备均连接到复合绝缘子4上；直流阀厅1的避雷器接口屏通过光纤与避雷器2连接；在避雷器2及复合绝缘子4的连接接头上设有均压环5；避雷器2通过工字钢抱夹6固定在阀厅悬挂横梁3上。

Claims (4)

1.一种阀厅阀组避雷器的快速检测方法，其特征在于：将直流阀厅的避雷器分拆出来单独挂串在直流阀厅外，并保证直流阀厅与避雷器的连接；用相同长度复合绝缘子代替避雷器安装在直流阀厅内，使原阀组避雷器上下端连接的阀片、管母及相连接的全部阀组设备均连接至复合绝缘子上；定期将单独挂串的避雷器拆卸下来进行预试和检测，从而达到减少避雷器拆卸的工作周期、实现避雷器的快速检测的目的。

2.一种阀厅阀组避雷器的悬挂结构，包括直流阀厅（1），避雷器（2），阀厅悬挂横梁（3），其特征在于：避雷器（2）处于直流阀厅（1）外，避雷器（2）的顶部固定在阀厅悬挂横梁（3）上、其底部固定在直流阀厅（1）外侧的横管母上，在直流阀厅（1）上设有复合绝缘子（4），直流阀厅（1）的阀片、管母及相连接的全部阀组设备均连接到复合绝缘子（4）上；直流阀厅（1）的避雷器接口屏通过光纤与避雷器（2）连接。

3.根据权利要求2所述的阀厅阀组避雷器的悬挂结构，其特征在于：在避雷器（2）及复合绝缘子（4）的连接接头上设有均压环（5）。

4.根据权利要求2所述的阀厅阀组避雷器的悬挂结构，其特征在于：避雷器（2）通过工字钢抱夹（6）固定在阀厅悬挂横梁（3）上。