特高压直流换流站接头发热原因分析及治理

特高压直流换流站接头发热原因分析及治理

发表时间：2019-05-17T15:37:44.663Z 来源：《电力设备》2018年第32期作者：刘强[导读] 摘要：特高压直流换流站电力输送容量大，电压、电流等级高，对电力设备之间的连接接头阻抗控制值要求较高，如果接头阻抗较高，在通过大电流时就会造成严重发热。（国家电网有限公司运行分公司宜宾管理处四川宜宾 644000）摘要：特高压直流换流站电力输送容量大，电压、电流等级高，对电力设备之间的连接接头阻抗控制值要求较高，如果接头阻抗较高，在通过大电流时就会造成严重发热。分析特高压直流换流站接头发热原因，并提出防止接头发热的相关治理措施。关键词：特高压；接头发热；治理

随着国民经济的发展，特高压直流换流站工程规模迅速扩大，其站内通流回路接头端子局部过热的缺陷造成的设备故障屡见不鲜[1]，严重影响了电网的安全稳定运行。

１发热情况统计

１.１严重发热统计

按工程统计，导致停运的１０次严重发热中，宾金直流４次，占４０％；锦苏直流４次，占４０％；复奉直流２次，占２０％。按发热部位统计，西门子技术换流阀５次，占５０％；西开直流刀闸３次，占３０％；平高直流刀闸１次，占１０％；西电换流变ＧＩＳ出线套管１次，占１０％。

１.２发热异常统计

全部１１４处发热按工程统计，宾金５２处，占４５.６％；锦苏３７处，占３２.５％；复奉１３处，占１１.４％；天中１２处，占１０.５％。按发热部位统计，换流阀电抗器及并联避雷器接头发热４４处，占３８.６％；直流刀闸接头及软连接发热２６处，占２２.８％；套管（穿墙套管）本体及接头发热１３处，占１１.４％；ＧＩＳ套管底部导流排连接处发热１２处，占１０.５％；直流断路器接头发热４处，占３.５％；平抗接头发热４处，占３.５％；ＧＩＳ出线套管接地引下线与构架连接点发热４处，占３.５％；零磁通ＣＴ接头发热３处，占２.６％；其它部位发热４处，占３.５％。２发热原因分析

经分析，造成发热的原因主要有设计裕度不足、安装工艺质量不到位、金具质量不合格。要解决发热问题，需从以上三方面综合治理。

（１）设计裕度不足。在造成直流停运的１０次发热异常中，有９次发热部位的设计裕度严重不足，占９０％；全部１１４处发热异常中，８３处存在设计裕度不足情况，占７２.８％。如西门子技术换流阀电抗器接头和西开直流刀闸软连接，载流密度超过了０.４Ａ／ｍｍ２，远大于标准值０.０９３６Ａ／ｍｍ２，在运行中发热最严重。（２）安装工艺质量管控不到位。１０次停运处理中，６次存在导电膏涂抹过多结块、螺栓松动等安装工艺问题。（３）金具质量不良。造成临停的西电换流变ＧＩＳ出线套管接头发热异常，该接头载流密度为０.０４７３Ａ／ｍｍ２，设计裕度应足够，其发热原因为金具质量不良、表面粗糙。３设计裕度不足排查治理措施

３.１设计标准

按照ＤＬ／Ｔ５２２２—２００５《导体和电器选择设计技术规定》，对于５００ｋＶ及以下电压等级交流设备，当电流大于２０００Ａ，接触面两侧均是铜质材料时，载流密度不能大于０.１２Ａ／ｍｍ２；接触面两侧均是铝制材料时，载流密度不能大于０.０９３６Ａ／ｍｍ２。

接头分为外部接头和内部接头两种，其中外部接头指设备与外部金具相连的接头，一般由设计院负责连接方案；内部接头指设备内部各部分之间的连接，由设备制造厂自行设计和控制。目前直流接头尚无明确标准，本次排查中外部接头按ＤＬ／Ｔ５２２２—２００５标准控制，内部接头参照该标准。对于无明确规定的铜铝过渡接头，参照接触面两侧均是铝质材料的标准执行。３.２问题描述及整改措施

３.２.１西门子技术换流阀电抗器

问题描述：接头载流密度达到０.４～０.５Ａ／ｍｍ２，而同类型ＡＢＢ接头控制在０.１１Ａ／ｍｍ２以内，中电普瑞控制在０.１６Ａ／ｍｍ２以内。相比之下，西门子技术阀电抗器接头面积过小，在所有设备中发热问题最严重。如图１所示，圈内的是阀电抗器发热的４个接头。

图1阀电抗器接头发热位置图

整改措施：采用Ｕ型母线包住接触端头，使得阀电抗器４个端头的接触面增大１倍，即载流密度减小１／２，可以明显降低该处的发热温度。目前西电公司正在进行厂内试验。３.２.２西门子技术换流阀并联避雷器

问题描述：接头载流密度为０.１０８～０.１９５Ａ／ｍｍ２，设计裕度不足，在运行中多次出现发热异常。整改措施：通过将单面连接改为双面连接，增大接触面积，可将载流密度控制在标准范围内。

３.２.３ＨＩＴＡＣＣ公司供货的直流场零磁通ＣＴ问题描述：ＨＩＴＡＣＣ公司供货的直流场零磁通ＣＴ主要有ＩＤＮＣ、ＩＤＮＥ、ＩＤＥＬ１、ＩＤＥＬ２、ＩＤＭＥ、ＩＤＧＮＤ，部分ＣＴ两侧接线板面积偏小，载流密度为０.１５３Ａ／ｍｍ２左右，设计裕度不足。整改措施：采取金具向前延伸的方法增大接触面积，可将载流密度降至０.１１１Ａ／ｍｍ２左右。

３.２.４ＡＢＢ供货的阀厅中性母线直流穿墙套管问题描述：两侧接头载流密度为０.１１２Ａ／ｍｍ２，设计裕度不足。整改措施：更换金具并将金具靠设备方向延伸，增加金具和设备接头的接触面积，降低载流密度。金具厂进一步研究在金具上设计散热片，加大散热效果的可行性。

３.２.５西开４００ｋＶ刀闸动、静触头侧接头问题描述：动、静触头侧接头载流密度在０.１～０.１６Ａ／ｍｍ２，设计裕度不足。整改措施：增大动触头接线板面积，并将单面连接改为双面连接，接触面积从３０２６４ｍｍ２增大到７５５６４ｍｍ２，载流密度可下降至０.０６６Ａ／ｍｍ２；静触头接线板面积由７３４１８ｍｍ２增大至７５５６４ｍｍ２，载流密度可降低到０.０６６Ａ／ｍｍ２，如图２所示。

图2西开400kV刀闸动、静触头侧接头图

３.２.６平高８００ｋＶ刀闸静触头侧软连接问题描述：静触头侧软连接载流密度为０.２９Ａ／ｍｍ２，设计裕度不足。整改措施：通过Ｌ形板、之形板将导电带另一侧端面与形触头导电零件相连。改进后，接触面载流密度可降至０.１５Ａ／ｍｍ２左右。

３.２.７北京电力设备厂供货的平抗问题描述：平抗进出线接头载流密度在０.０９５～０.１１Ａ／ｍｍ２，略大于标准要求。整改措施：研磨平抗本体接头底部加强筋两侧接触面，增加导流板，最终实现平抗接头双面载流，从而增加接触面积、降低载流密度，满足标准。

4对新建特高压直流工程防止措施

（１）尽快制定直流接头标准。现行标准ＤＬ／Ｔ５２２２—２００５《导体和电器选择设计技术规定》适用于交流设备，建议针对直流输电运行特点尽快制定相关标准，为设计、制造提供依据。

（２）将设备与金具连接的外部接头纳入设计院工作范畴。由设计院对全站接头进行校核、把关，设计文件中应包含接头材质、有效接触面积（去除螺栓孔面积）、载流密度、螺栓标号、力矩要求等，设计图纸中应包含接头形状和面积计算。

（３）将设备内部接头载流密度控制纳入成套设计范畴。由经研院负责在设备规范书中明确设备内部接头的载流密度要求，对设备温升试验提出更高要求，并在监造中严格把关。

（４）严把采购关。将金具采购纳入甲供材范围，严格按设计院确认的方案采购金具，严禁金具在装配现场开孔，确保其质量合格。

（５）严格安装工艺质量控制。研究主通流回路接头的安装工艺，对施工单位进行培训和过程管控。安装结束后，对每个接头进行力矩和直阻测量并作为初始值存档。

结语

特高压直流换流站接头发热是我们不能忽略的重要一点，要不断完善接头方面减少接头发热的出现，这样一来直流换流站才能稳定运行。

参考文献：

[１]赵畹君．高压直流输电工程技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９．

[２]国家电网公司．换流站运行［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１２．

[３]中国电力科学院．电气设备交接试验标准［Ｍ］．北京：中华计划出版社，２０１６．