特高压直流输电系统用直流转换开关的介绍及应用

武艳艳，刘 伟，马小琴，李 永，尹 航，张黎阳

（西安西电高压开关有限责任公司，陕西 西安 710018）

1 概述

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，主要用于进行直流输电系统各种运行方式及接地系统的转换等，其关系到输电系统的可靠性、可利用率和可维护性。目前，我国已经建设和正在建设的±800 kV特高压直流输电线路有云南—广东特高压输电工程、向家坝—上海特高压输电工程、酒泉—湖南特高压输电工程、扎鲁特—青州特高压输电工程、山西晋北—江苏南京特高压输电工程、滇西北—广东特高压输电工程等[1]。

2 直流转换开关

一个高压直流输电系统中一般需要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[2]。直流转换开关在直流系统中的安装位置见图1.

图1 直流转换开关在直流系统中的安装位置

2.1 直流转换开关的开断原理

2．1．1 基本原理

无源型直流转换开关一般由开断装置、电容器C、电抗器L（视情况决定是否需要）、避雷器及绝缘平台等设备组成，其中，电容器、电抗器和避雷器为电气连接部分，绝缘平台为非电气连接部分，电容器和电抗器串联构成L-C回路，分别与开断装置和避雷器并联组成3条并联支路，如图2所示。无源型直流转换开关产生振荡电流的方式为自激振荡，这种自激振荡式高压直流转换开关利用交流断路器气吹电弧的不稳定性和负阻特性，产生幅值逐渐增大的自激振荡电流，叠加至待开断的直流上，产生人工电流过零点，完成电流转移。

图2 直流转换开关一次电路图

2．1．2 开断过程

在开断装置断口触点分开时，电弧电压在开断装置与L-C支路构成的环路中激起振荡电流，振荡电流的幅值逐渐增大，当振荡电流反向峰值等于直流电流时，流过开断装置的电流过零，断口处的电弧熄灭。交流断路器成功开断转换电流，实现开断。电弧熄灭后，流过开断装置断口的直流电流被转移到L-C支路，并在很短的时间内将电容器充电到避雷器的动作电压水平，此电压称为“转换电压”；接着避雷器动作，电容器支路中的电流又被转移到避雷器中，随后流过避雷器的电流渐渐减小，直至为零。

2.2 主要技术参数

西开公司研制的ZZLW2-100/Y5500-5100特高压直流转换开关为国内特高压直流输电用直流转换开关首台研制成功的产品，其主要技术参数如表1所示。

表1 特高压直流转换开关主要技术参数

图3 ZZLW2-100/Y5500-5100直流转换开关MRTB外形图

2.3 ZZLW2-100/Y5500-5100结构介绍

ZZLW2-100/Y5500-5100直流转换开关包括4种类型的产品，分别是MRTB、GRTS、NBS和NBGS，其中，MRTB、GRTS和NBS结构类似，主要由开断装置、电容器、电抗器、避雷器及绝缘平台组成，电容器、电抗器和避雷器安装在绝缘平台上，开断装置为一相双断口T型结构的363 kV断路器，其结构见图3；NBGS结构只包括一相双断口T型结构的断路器，具体结构见图4.

图4 ZZLW2-100/Y5500-5100直流转换开关NBGS外形图

图5 运行在金华换流站的NBGS

图6 运行在晋北换流站的MRTB

图7 运行在晋北换流站的GRTS

3 工程应用情况

ZZLW2-100/Y5500-5100直流转换开关目前成功应用在±800 kV溪洛渡左岸—浙江金华特高压直流输电工程和山西—江苏±800 kV特高压直流输电工程中，其中，溪洛渡左岸—浙江金华换流站产品NBGS自2014年3月投运以来，一直运行良好，没有出现过任何问题。山西—江苏±800 kV特高压直流输电工程中，我公司供货4种结构的产品，目前已经全部安装和验收完毕，而且在2017年6月在现场对MRTB进行了5 000A的直流转换电流试验，试验一次成功通过，实现了特高压直流输电工程直流转换开关的首次全面国产化应用。

图8 运行在晋北换流站的NBS

图5为运行在金华换流站的NBGS，图6为运行在晋北换流站的MRTB，图7为运行在晋北换流站的GRTS，图8为运行在晋北换流站的NBS，图9为运行在晋北换流站的NBGS。

图9 运行在晋北换流站的NBGS（带转换能力）

4 结束语

特高压直流转换开关是直流换流站的关键设备，本文综述了特高压直流输电系统用直流转换开关的原理、结构及工程应用情况。由于直流输电与传统的交流输电相比具有杆塔结构简单、线路造价低、损耗小、运行方式灵活、适合于远距离大容量输电等优点，因此近年来其发展迅速，且直流转换开关具有很好的发展前景。

［1］袁清云.特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景［J］.电网技术，2005，29（14）：1-3.

［2］西安高压电器研究所，南方电网技术研究中心.GB/T 25309—2010高压直流转换开关［S］.北京：中国标准出版社，2010.

［3］赵畹君.高压直流输电工程技术［M］.北京：中国电力出版社，2004.