±200 kV舟山多端柔性直流输电工程安全距离研究

陈小富，刘会勇，王 勇，周 辉

(1.国网浙江省电力公司，浙江 杭州 310000；2.国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江 舟山 316000)

±200 kV舟山多端柔性直流输电工程安全距离研究

陈小富1，刘会勇2，王 勇2，周 辉1

(1.国网浙江省电力公司，浙江 杭州 310000；2.国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江 舟山 316000)

介绍了±200 kV电压等级柔性直流输电设备在生产运行中的安全距离试验研究情况与结果，通过对典型运行工况下的安全距离问题的计算分析并结合试验结果，确定了±200 kV柔性直流输电设备的最小电气安全距离，并应用于直流输电工程的生产运行，对今后柔性直流输电工程的设计、生产运行与作业安全规程的编制都具有参考价值。

柔性直流输电；安全距离；输电工程;换流站

0 引言

换流站直流设备电气安全距离计算研究是柔性直流输电工程运行维护的关键技术问题之一，其最终目的是通过合理确定换流站直流设备电气安全距离，防止人体可能触及或过分接近带电设备，防止车辆和其他物体碰触带电运行设备，确保系统安全、可靠运行。舟山多端柔性直流输电工程采用基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电技术，直流电压等级为±200 kV，是我国第1个多端柔性直流输电工程，在此之前国内尚未开展相关电压等级柔性直流输电设备带电运行安全距离技术标准的研究及应用。

为确保生产运行过程中直流输电设备的安全性，开展±200 kV电压等级柔性直流输电设备运行电气安全距离的分析研究，具有非常重要的工程意义。现结合工程实际，对±200 kV舟山多端柔性直流输电工程在生产运行过程中存在的安全距离问题进行了分析，并从实际应用需求出发，针对典型运行工况下的安全距离问题进行了详细的试验研究，给出了相应的安全距离数值。

1 ±200 kV舟山多端柔性直流输电工程概况

±200 kV舟山多端柔性直流输电工程由分别位于不同地域的舟定换流站、舟岱换流站、舟衢换流站、舟洋换流站和舟泗换流站构成，是世界上首个5端柔性直流输电工程。其中舟定换流站、舟岱换流站连接至所在地的220 kV交流电网，其余3站均与所在地110 kV交流电网相连。工程总体输送容量为1 000 MW，单端最大输送容量400 MW，直流系统采用±200 kV电压等级，换流站直流部分配电装置均采用户内布置方式，站间直流系统采用全电缆接线，最大电缆截面面积为1 000 mm2，最大额定载流量为750 A。

直流系统接线方式如图1所示。

图1 舟山多端柔性直流输电系统接线方式

舟山多端柔性直流输电工程设计额定直流电压为±200 kV，整流站采用定直流电压控制，在实际运行中主要的运行方式是：舟定换流站作为送电端，其他4站作为受电端；当舟定换流站退出运行时，舟岱换流站将作为送电端，其他3站作为受电端。考虑到测量误差，系统各换流站直流电压不得高于202 kV。

2 安全距离

2.1 安全距离定义和种类

安全距离是指为保证人身、设备安全，在生产运行过程中作业人员与不同电位的带电体之间、带电体与带电体之间、带电体与其他设施和设备之间所应保持的各种空气间隙距离的总和。

根据电气设备特性的不同，安全距离可分为：线路的安全距离、变配电设备的安全距离、用电设备的安全距离和检修维护时的安全距离。

安全距离的确定包含以下3个方面：(1) 带电设备不停电时的安全距离；(2) 工作人员在工作中正常活动范围与带电设备间的安全距离；

(3) 带电作业时作业人员人身与带电体间的安全距离。

2.2 直流输电安全距离的计算方法和试验方式

直流输电换流站直流场电气设备在生产运行中的安全距离，首先由电气设备的三维尺寸、系统正常运行时和发生故障情况下产生的操作过电压、可能遭受的雷击过电压以及必须的安全裕度等要素共同决定；在满足运行条件下，在换流站直流设备电极结构最小空气间隙距离的基础上，再增加适当的安全裕度。

确定直流输电安全距离空气间隙，参照交流输电设备带电作业绝缘配合计算方法，如惯用法和简化统计法。通常220 kV及以下电压等级采用惯用法，330 kV及以上电压等级采用简化统计法。

惯用法的基本原理是使安全距离间隙的耐受电压值高于系统可能出现的最大过电压值，并保留一定程度的安全裕度。在应用绝缘配合惯用法时，最小空气间隙距离(DU)的计算公式为：

其中：U90 %是绝缘间隙的操作冲击耐受电压；Kt为考虑海拔修正、标准偏差等的综合系数。

最小安全距离(D)的计算公式为：

其中：DU为最小空气间隙距离；DE为人体活动距离范围，其参考值一般取0.2-1.0 m。

安全裕度(A)与系统可能出现的最大过电压（Umax）、绝缘间隙的操作冲击耐受电压(U90 %)之间的关系为：

在确定安全距离后，对选择的空气间隙距离进行电压放电特性试验时，由于正极性放电电压低于负极性放电电压，通常对空气间隙施加正极性直流电压(额定运行电压)叠加正极性标准操作冲击电压的复合试验电压，以验证安全距离空气间隙的安全性。

2.3 我国高压直流输电安全距离管理现状

我国在运的高压直流输电电压等级主要有：±50 kV及以下、±500 kV、±660 kV、±800 kV。与电力设备安全距离相关的标准和规程主要有：GB/T 18037—2008《带电作业工具基本技术要求与设计导则》、GB/T 19185—2008《交流线路带电作业安全距离计算方法》和Q/GDW 17991—2013《电力安全工作规程(变电部分)》等，这些标准、规程对在运的各种电压等级的电气安全距离，有非常明确的管理标准和要求。

Q/GDW 17991—2013对不同电压等级不停电时的安全距离有不同规定，如表1所示。

表1 设备不停电时的安全距离

基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电技术应用时间不长，目前国内有关换流站直流设备电气安全距离方面的研究文献很少，国家、行业和企业标准均未提供明确的柔性直流输电各电压等级安全距离。

由表1中的注1可知，舟山多端柔性直流输电±200 kV的安全距离若参照±500 kV电压等级，其安全距离为6.00 m，则安全围栏布置、人员设备巡视、车辆进站限高等裕度明显偏大，不适用工程现场需求。

3 ±200 kV电压等级安全距离的分析与确定

3.1 ±200 kV电压等级安全距离分析

±200 kV舟山多端柔性直流输电工程换流站直流场中的穿墙套管、平波电抗器、隔离开关、避雷器、互感器、电缆终端套管等主设备通过管母和软导线相连接，其中管母采用外径为200 mm、内径为184 mm的管型铝母线，软导线为二分裂钢芯铝绞线。

工程中由雷电冲击放电电压决定的空气间隙距离远小于由操作冲击放电电压决定的距离，因此一般只考虑操作冲击情况。

在选取空气间隙距离时，应先考虑换流站的绝缘耐受配合水平，再用经验公式计算得到满足绝缘水平的参考间隙距离。通过对舟山多端柔性直流输电工程换流站直流设备的分析可发现，决定换流站直流场设备电气安全距离的关键空气间隙为：管母及其端部球对地放电空气间隙、软导线对地放电空气间隙和平波电抗器对地放电空气间隙。

根据文献[2]和[3]，±200 kV舟山多端柔性直流输电工程在设计时，采用ABB计算方法计算直流场空气净距，计算结果如表2所示。

在此基础上考虑适当裕度，±200 kV舟山多端柔性直流输电工程设计直流场极母线对地和极母线对极母线最小空气净距分别按1.5 m和3.5 m考虑，基于1.7 m的常规人员高度和0.75 m的伸手高度，初步设计直流带电体对地距离要求为：1.7+0.75+1.5=3.95 m。生产运行准备时，发现初步设计直流场带电体对地安全距离与国家相关电力设备运行标准、规程不一致，不能满足生产运行对安全距离的需求，需进一步校核调整。

根据文献[4]的研究成果，±200 kV舟山多端柔性直流输电工程换流站直流场操作冲击耐受间隙距离为1.8 m， 在此基础上适当增加安全裕度，直流侧生产运行安全距离：设备不停电的安全距离、车辆(包括装载物)外廓至无遮拦带电部分间的安全距离、工作人员工作中正常活动范围和带电体部分的安全距离参考值分别为3 m，2.55 m，3.8 m。基于1.7 m的常规人员高度和1.2 m的安全裕度，生产运行时直流带电体对地距离为1.7+1.2+1.8=4.7 m。

3.2 ±200 kV电压等级安全距离确定

综合工程设计单位、科研院所合作计算研究成果及相关专家意见，确定如下结论。

(1) 本工程的安全距离应参照《电力安全工作规程(变电部分)》释义的说明，±200 kV的“设备不停电时的安全距离”应为：现场的安全净距A1+1.2 m，±200 kV的“车辆包括装载物外廓至无遮栏带电部分之间的安全距离”应为：现场的安全净距A1+0.75 m。

(2) 由表1中注1可知，直流±200 kV输电线路安全距离可按照±500 kV电压等级确定，则安全距离为6.0 m，安全裕度明显偏大。

(3) 初步设计阶段计算的安全距离不能满足生产运行需求，需结合实际需求对设备安全距离进一步调整。

（4）根据《±200 kV舟山柔直工程换流站直流侧生产运行安全距离试验研究》相关成果，直流场操作冲击耐受间隙距离为1.8 m，加上1.2 m的安全裕度，设备不停电时安全距离为3.0 m。

4 直流场电气安全距离隔离方案分析

±200 kV舟山多端柔性直流输电换流站直流场为户内布置，其中平波电抗器和电压测量装置低式布置在围栏内，隔离开关、避雷器和电缆终端为高位布置。基于工程运行安全性，隔离开关到平波电抗器连接线导线对地安全距离应调整到不低于4.7 m。结合工程实际，现提出了增加过渡支柱绝缘子和调整网门范围2种解决方案。

表2 初设阶段直流场最小空气间隙距离计算值

4.1 增加过渡支柱绝缘子

该方案是在隔离开关到平波电抗器引线下方围栏处，增加安装支柱绝缘子。通过增加直流支柱绝缘子2只、软母线固定金具2套、钢芯铝绞线50 m(已折算至单根)、直流双分裂导线间隔棒10只、直流双导线设备线夹2只，导线对地距离可以高于5.0 m，安全性较高。

4.2 调整网门范围

该方案是在现有网门的基础上，将网门范围适当放大，保证低位的引线均在网门内部。这种方案实施较为简便，同时也满足安全要求。

4.3 方案实施情况及效果评价

考虑今后现场生产运行安全性，±200 kV舟山多端柔性直流输电换流站直流场安全隔离采用增加过渡支柱绝缘子加大带电部分对地距离作为实际解决方案。实施后的直流场现场如图2所示。

图2 加装过渡支柱绝缘子后的直流场现场

采取上述方案以来，±200 kV舟山多端柔性直流输电换流站已安全运行2年多。实践证明，该工程确定的±200 kV电压等级安全距离及现场改造方案，能满足现场生产实际需求。

5 结论

基于±200 kV舟山多端柔性直流输电工程，查找柔性直流输电在设计、运行标准的不一致之处，首次确认了±200 kV电压等级的安全距离，并在实际工程中有效应用，填补了我国在此电压等级的空白。同时，相关研究数据及运行结论可为今后柔性直流输电工程设计规程的编制提供技术支持，为避免不合理的设计参数造成安全距离过大导致投资浪费，或安全距离过小不满足运行要求导致投运前相关设备改造等问题提供借鉴。

1 国家电网公司.Q/GDW 1799.1—2013电力安全工作规程(变电部分)[S].北京：中国电力出版社，2013.

2 舟山多端柔性直流输电重大科技示范工程成套设计书.系统方案[R].北京：国网北京经济技术研究院，2012.

3 ±200 kV舟山多端柔性直流换流站工程初步设计阶段综合说明书[R].杭州：浙江省电力设计院，2013.

4 ±200 kV舟山柔直工程换流站直流侧生产运行安全距离试验研究[R].武汉：国网电力科学研究院，2014.

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10 孙昭英，廖蔚明，丁玉剑，等.±800 kV直流输电工程空气间隙放电特性试验及间隙距离选择[J].电网技术，2008，32(22)：8-12.

11 中国国家标准化委员会.GB/T 18037—2008带电作业工具基本技术要求与设计导则[S].北京：中国质检出版社，2008.

12 季于香，王学宽，周经天，等.柔性直流输电工程保护系统的实现[J].电力安全技术，2015，17(4)：11-13. 13 李亚男，蒋维勇，余世峰，等.舟山多端柔性直流输电工程系统设计[J].高电压技术，2014，40(8)：2 490-2 496.

14 董云龙，凌卫家，田 杰，等.舟山多端柔性直流输电控制保护系统[J]．电力自动化设备，2016，36(7)：169-175．

15 陈水利，李敬功，王向公．模糊集理论及其应用[M]．北京：科学出版社，2005．

2016-09-04。

陈小富(1964-),男，高级工程师，主要从事电力系统安全管理工作，email：699194@qq.com。

刘会勇(1982-),男，高级工程师，主要从事安全监督管理工作。

王 勇(1976-),男，高级工程师，主要从事电力企业生产管理和安全监督管理工作。

周 辉(1980-),男，高级工程师，主要从事安全质量监督工作。