CN103872594B - ±160kV柔性直流换流站直流场导体结构 - Google Patents

Abstract

一种±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，包括至少一根直流场导体和可架设所述直流场导体的电气设备，所述电气设备顶部设有用于安装所述直流场导体的固定点，所述固定点距所述电气设备安装面的距离为6.5～7.5米。如此，直流场导体不会产生电晕或电晕程度小，直流场导体不易失效和损坏，提高了柔性直流换流站的可靠性和稳定性。此外，在不提高电晕损耗的前提下，满足导体下地面合成电场强度、导体下地面离子流密度和导体产生的无线电干扰等电磁环境的限值，电磁污染小，优化了直流输电工程电气设备的设计方案，节约了电气设备建造成本。

Description

±160kV柔性直流换流站直流场导体结构

技术领域

本发明涉及柔性直流输电系统，特别是涉及一种±160kV柔性直流换流站直流场导体结构。

背景技术

柔性直流输电(VSC-HVDC)技术是一种以电压源换流器(VSC)、可控关断器件和脉宽调制(PW米)技术为基础的新型直流输电技术。与传统直流输电相比，具有控制灵活方便、提高系统稳定性，增加系统动态无功储备，改善电能质量、节约建设用地等技术优势，适用于可再生能源并网、非同步互联、城市电网供电等多方面。

直流换流站是直流输电技术领域最主要的组成部分，柔性直流换流站的直流场导体作为连接各个电器设备的桥梁和纽带，承担了更多的系统功能。一旦直流场导体失效或损坏将造成严重的安全隐患，甚至影响设备和系统的稳定性，是整个直流系统的正常稳定运行不可缺少关键部件。

而影响直流场导体输电稳定性的因素有导体表面电晕、导体电场强度、可听噪声和无线电干扰等。而针对±160kV直流电压等级的直流换流站直流场导体的数量、布置间距、布置高度等尚无选择方案和依据，造成±160kV直流换流站直流场导体传输过程中存在一定的电磁污染，造成输电过程中的有功损耗和无线电干扰，地面合成电场强度高，污染环境。

发明内容

基于此，有必要针对造成输电过程中的有功损耗和无线电干扰，地面合成电场强度高，污染环境的问题，提供一种±160kV柔性直流换流站直流场导体结构。

一种±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，包括至少一根直流场导体和用于架设所述直流场导体的电气设备，所述电气设备顶部设有用于安装所述直流场导体的固定点，所述固定点距所述电气设备安装面的距离为6.5～7.5米。

在其中一实施例中，所述固定点距所述电气设备安装面的距离为7米。

在其中一实施例中，所述直流场导体采用钢芯铝绞线。

在其中一实施例中，所述直流场导体采用线型为LGJ-800/55的钢芯铝绞线。

在其中一实施例中，所述直流场导体包括中心加强芯和软铝导体绞合层，所述软铝导体绞合层外挤包有半导电层。

在其中一实施例中，所述中心加强芯包括内层树脂基纤维芯和外层树脂基纤维芯，所述内层树脂基纤维芯和外层树脂基纤维芯同心嵌入复合，形成非平滑结合面。

在其中一实施例中，还包括直流场导体夹，所述直流场导体夹包括与所述电气设备固定连接的连接部，以及与所述连接部弯折相连的固定部，所述固定部呈筒状，形成有可夹持直流场导体的容纳腔。

在其中一实施例中，所述连接部开设有安装孔，所述连接部通过所述安装孔与所述电气设备固定连接。

在其中一实施例中，所述固定部与所述连接部一体成型。

上述±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，包括至少一根直流场导体和可架设所述直流场导体的电气设备，电气设备顶部设有安装直流场导体的固定点，固定点距所述电气设备安装面的距离为6.5～7.5米。如此，直流场导体不会产生电晕或电晕程度小，直流场导体不易失效和损坏，提高了柔性直流换流站的可靠性和稳定性。此外，在不提高电晕损耗的前提下，满足导体下地面合成电场强度、导体下地面离子流密度和导体产生的无线电干扰等电磁环境的限值，电磁污染小，优化了直流输电工程电气设备的设计方案，节约了电气设备的建造成本。

附图说明

图1为一实施方式的±160kV柔性直流换流站直流场导体结构的结构示意图；

图2为一实施方式的±160kV柔性直流换流站直流场导体结构的直流场导体夹的结构示意图。

图3为一实施方式的±160kV柔性直流换流站直流场导体结构的直流场导体夹的连接部的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，包括至少一根直流场导体和可架设直流场导体的电气设备100，电气设备100顶部设有用于安装直流场导体的固定点110，固定点110距电气设备100安装面的距离为6.5～7.5米。固定点110的个数可根据直流场导体的个数设置，固定点110设置于电气设备110的顶端，电气设备100安装面一般为地面，电气设备100安装于地面。

对于柔性直流换流站，直流场导体的选择主要取决于直流场导体产生的电磁环境影响，即满足直流场导体表面电晕、导体电场强度、可听噪声、无线电干扰等的限值要求。电晕是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气有利就会产生放电，形成电晕。电晕产生热效应和臭氧、氮氧化物，使线圈内部局部温度升高，导致胶粘剂编制、谈话，进而使股线松散、断路和绝缘老化。

电晕还直接影响直流场导体的电场强度、可听噪声和无线电干扰等电磁环境，所以电晕是影响直流场导体输送质量和电磁环境的主要因素。而影响直流场导体电晕放电的主要因素是导体表面场强，在±160kV电压作用下，直流场导体安装高度超过8m，则导体电晕程度大，且电气设备100制造成本高；直流场导体安装高度小于6m则直流场导体的电晕程度较大，直流场导体在距离地面6.5～7.5米的安装高度时，导体不会发生电晕或电晕程度小。

在±160kV柔性直流换流站，直流场导体的电场、离子流密度和无线电干扰的限值为：

(1)导体下地面合成电场强度限值取25kV/米。

(2)导体下地面离子流密度限值取100nA/米2。

(3)导体产生的无线电干扰值建议为61dB(μV/米)。

影响导体电晕放电的最主要因素是导体表面场强，因此研究导体表面场强按照公式法进行计算，其计算公式如下式所示：

$g_{max}=\frac{U}{d\×ln\[\frac{s}{d}\×\frac{1}{\sqrt{+{\left(\frac{s}{2H}\right)}^2}}\]}$

式中，U为极导线电压，H为导线对地高度，s为极间距离，d为导线直径。

通过计算，在±160kV电压作用下，将直流场导体安装在6.5～7.5米时，导体下地面合成电场最大场强ES均小于25kV/米。

根据有限元法计算，在满足电场强度小于25kV/米的要求下，离子流均满足小于100nA/米2的要求。

根据CISPR推荐公式进行计算，直流场导体均能满足无线电干扰限值不超过61dB(μV/米)，其计算公式如下式所示：

$E=38+1.6(g_{max}-24)+46\log r+5\log n+{\mathrm{\ΔE}}_f+33log\frac{20}{D}$

式中，E为距离D处的无线电干扰场强，单位为dB(μV/m)；

g_max为导线最大表面场强，单位为kV/cm；

R为导线或子导线半径，单位为cm；

N为导线分裂数；

D为参考点到正极性导线的距离，单位为m。

通过计算，安装高度在6.5～7.5m时，均能够满足无线电干扰限值不超过61dB(μV/m)的要求。

上述±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，包括至少一根直流场导体和可架设直流场导体的电气设备100，电气设备100顶部设有安装直流场导体的固定点110，固定点110高度为6.5～7.5米。如此，直流场导体不会产生电晕或电晕程度小，直流场导体不易失效和损坏，提高了柔性直流换流站的可靠性和稳定性。此外，在不提高电晕损耗的前提下，满足导体下地面合成电场强度、导体下地面离子流密度和导体产生的无线电干扰等电磁环境的限值，电磁污染小，优化了直流输电工程电气设备的设计方案，节约了电气设备建造成本。

在其中一实施例中，固定点110距电气设备100安装面的距离为7米。在±160kV电压作用下，将直流场导体安装在7米，直流场导体电晕程度接近0，且保证电晕程度小的前提下，直流场导体下地面合成电场强度、离子流密度和无线电干扰均在限值以下，电磁污染小，避免了直流场导体绝缘老化快、易损坏的问题，还可优化输电电气设备的设计，节约了电气设备建设的成本。

在其中一实施例中，直流场导体采用钢芯铝绞线。钢芯铝绞线外部是用铝线通过绞合的方式缠绕在钢芯周围，钢芯主要器增加强度的作用，铝绞线起传送电能的作用。

钢芯铝绞线结构简单、架设与维护方便，线路造价低、传送容量大，有良好的导电性和足够的机械强度、抗拉强度，不易损坏，增加了直流场导体的可靠性和稳定性。此外，杆塔距离可增大，降低了杆塔的架设数量和难度，节约了运营成本。

在其中一实施例中，直流场导体采用管母线，管母线是在管型导体上绕制有机绝缘材料，根据电压等级设计包绕层数。管母线尺寸精度高、抗拉强度大，不易产生放电和变形，可在一定程度上降低了直流场导体的电晕现象。此外，管母线对流散热条件好、温度低、损耗小，导电能力强、载流量大，在高温下具有较好的机械强度，提高了输变电系统的安全可靠性。

在其中一实施例中，直流场导体采用钢芯铝绞线，线型为LGJ-800/55。在±160kV电压作用下，安装在7米，选用软导线LGJ-800/55，不会发生电晕现象，且直流场导体下地面合成电场强度、离子流密度和无线电干扰均等电磁参数均在限值以下。如此，进一步提高了直流场导体输电的稳定性和可靠性。

如表1所示，钢芯铝绞线外径在18.4mm～38.4mm范围变化时的起晕场强和导线表面最大场强测量值。

表1钢芯铝绞线表面起晕场强和最大场强测量值

从测量结果发现，考虑制造成本钢芯铝绞线可选取较小外径的的钢芯铝绞线，但从导体挠度校验，并留有一定裕度，则钢芯铝绞线选择LGJ-800/55，对应的外径为38.4mm，成本低且电磁参数符合要求，不发生电晕。

在其中一实施例中，直流场导体选用管母线，线型为LDRE-100/90。在±160kV电压作用下，安装在7米，选用管母线LDRE-100/90，不会发生电晕现象，电磁参数在限值以下，提高了直流场导体的输电稳定性和可靠性。

如表2所示，管母线外径在40mm～100mm范围变化时的起晕场强和导线表面最大场强测量值。

表2管母线表面起晕场强和最大场强测量值

从测量结果发现，考虑到制造成本管母线选取外径为40mm的管母线，但从导体挠度校验，并留有一定裕度，则管母线选择LDRE-100/90，外径为100mm，成本较低，且电磁参数负荷要求，不发生电晕。

在其中一实施例中，直流场导体包括中心加强芯和软铝导体绞合层，软铝导体绞合层外挤包有半导电层。如此，既能有效防止直流场导体表面擦伤，便于安装，还起到均化导体电场作用，可有效降低电晕的发生。还能对内侧的铝导体进行防腐保护，提高了输电线路的稳定性和可靠性。

在其中一实施例中，中心加强芯包括内层树脂基纤维芯和外层树脂基纤维芯，内层树脂基纤维芯和外层树脂基纤维芯同心嵌入复合，形成非平滑结合面。采用树脂基纤维芯作为加强芯棒，具有强度大、耐高温、线膨胀系数小和重量轻的特点，有利于改善导线的弧垂特性，提高了线路的输送能力。

内层树脂基纤维芯作为基体，而外层树脂基纤维为高强度纤维，如树脂基玻璃纤维，通过内层树脂基纤维和外层树脂基纤维界面嵌入复合，构成树脂基复合中心加强芯。外层树脂基纤维芯器保护作用，承受握压力，不使基体受到金具压应力开裂，提高损伤容限比，还能改善弯曲性能，增强抗拉性。

请参阅图2，在其中一实施例中，柔性直流换流站直流场导体还包括直流场导体夹200，直流场导体夹200包括与电气设备100固定连接的连接部210，以及与连接部210弯折相连的固定部220，固定部220呈筒状，形成有可夹持直流场导体的容纳腔230。

在高压电架空作业中，经常需要将导线固定和夹持，在遇到恶劣天气，如大风、大雪时候，导线容易从连接部210件上脱落，从而使导线断开等发生，导致输电中断，严重时可能造成触电事故。

安装过程中，作业人员可握持于连接部210，将直流场导体穿过固定部220，通过螺栓将直流场导体夹200固定于电气设备100，固定部220与连接部210呈倒“L”形，符合人体力学，便于握持，便于安装。

直流场导体的截面通常呈圆形，固定部220呈筒状，形成有可夹持直流场导体的容纳腔230，容纳腔230的形状与直流场导体相匹配，连接部210固定于电气设备100，固定部220将直流场导体固定。如此，可将直流场导体紧固连接于电气设备100，不会因为天气和其他因素导致导体脱落，使提高了输电的可靠性。此外，安装方便，便于拆卸，提高了作业人员高空作业效率。

请参阅图3，在其中一实施例中，连接部210开设有安装孔212，连接部210通过安装孔212与螺栓将直流场导体夹200固定于电气设备100。安装孔212的个数根据电气设备100的布置情况而定，在本实施例中，安装孔212个数为两个，当然，在其他实施例中，安装孔212的个数根据连接部210的具体构造而定，只要实现将直流场导体夹200稳定的固定于电气设备100即可。如此，可将直流场导体夹200紧固于电气设备100，结构简单，便于安装，提高了作业人员的高空作业效率。

在其中一实施例中，固定部220与连接部210一体成型。如此，固定部220与连接部210不易松动，降低了其他连接部210件机械失效的风险，增加了直流场导体夹200的可靠性，且加工方便，降低了成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，其特征在于，包括至少一根直流场导体和可架设所述直流场导体的电气设备，所述电气设备顶部设有用于安装所述直流场导体的固定点，所述固定点距所述电气设备安装面的距离为7米，所述直流场导体采用线型为LGJ-800/55的钢芯铝绞线，所述±160kV柔性直流换流站直流场导体结构还包括直流场导体夹，所述直流场导体夹包括与所述电气设备固定连接的连接部，以及与所述连接部弯折相连的固定部，所述固定部呈筒状，形成有可夹持直流场导体的容纳腔。

2.根据权利要求1所述的±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，其特征在于，所述直流场导体包括中心加强芯和软铝导体绞合层，所述软铝导体绞合层外挤包有半导电层。

3.根据权利要求2所述的±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，其特征在于，所述中心加强芯包括内层树脂基纤维芯和外层树脂基纤维芯，所述内层树脂基纤维芯和外层树脂基纤维芯同心嵌入复合，形成非平滑结合面。

4.根据权利要求1所述的±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，其特征在于，所述连接部开设有安装孔，所述连接部通过所述安装孔与所述电气设备固定连接。

5.根据权利要求4所述的±160kV柔性直流换流站直流场导体结构，其特征在于，所述固定部与所述连接部一体成型。