换流站避雷器的配置方案优化

目前国内已投运的向家坝—上海和云南—广东两个±800kV特高压直流输电工程换流站的避雷器布置代表了两种典型的技术路线，因此有必要分别进行详细介绍。图18-2、图18-3分别给出了向上工程和云广工程换流站的避雷器布置方案，各避雷器简单描述如表18-1、表18-2所示。

图18-2　向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程换流站避雷器布置图

表18-1　向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程避雷器描述

表18-2　云南—广东±800kV特高压直流输电工程避雷器描述

图18-3　云南—广东±800kV特高压直流输电工程换流站避雷器布置图

下面将分别对这两个方案所配置的避雷器及主要保护作用进行介绍。

1）向上特高压直流输电工程避雷器

（1）交流母线避雷器A：安装在交流母线和换流变压器交流侧，主要用来限制交流侧由于各种原因产生的暂时过电压和操作过电压。此外，该避雷器也能限制由交流侧产生再经换流变压器传递到直流侧的过电压幅值。

（2）阀避雷器V：直接并联在换流阀两端，保护换流阀免受交流侧经换流变压器传递过来的操作过电压或直流侧由于各种原因产生的过电压。不同位置的阀避雷器对能量吸收的要求各不相同，一般可通过多柱并联达到高能量吸收能力的要求，据此V型避雷器有V1、V2、V3等多种。(www.xing528.com)

（3）MH、ML：分别为上、下十二脉动换流器六脉动桥避雷器，用于直接保护六脉动桥间的直流母线。此外，MH与V2避雷器串联保护上换流器高压端Y/Y1换流变压器阀侧绕组，ML可与V2避雷器串联保护下换流器高压端Y/Y2换流变压器阀侧绕组。

（4）CBH：安装于平波电抗器阀侧直流母线。由于叠加有谐波电压，直流阀顶的正常运行电压就很高，因此需安装CBH直接保护该处直流母线、穿墙套管及相关设备。

（5）CBL2：在实际换流站设计布置中，一般将结构完全相同的上下十二脉动换流单元分置于高低两个阀厅中，CBL2安装于上下十二脉动换流器中点母线处，以保护中间直流母线和用于连接上下换流单元的穿墙套管及隔离开关等。在双换流器运行时，CBL2与V2避雷器串联后可以保护上换流器低压端Y/Δ1换流变压器阀侧绕组。

（6）CBN1、CBN2：都是下十二脉动换流器低压端避雷器，其中CBN1安装于阀厅内，CBN2位于阀厅外。CBN2为高能量避雷器，由多柱并联而成，用以保护中性母线平波电抗器阀侧的相关设备。由于特高压直流系统采用了平抗分置方式，在某些故障时中性母线平波电抗器会抑制通向其他中性母线避雷器的泄放电流，大部分能量只能通过CBN2释放，故CBN2会承受很高的能量应力，所以CBN2通常是由多柱并联形成高能避雷器。同时，为了避免CBN2避雷器释放能量过大而发生爆裂，危害到其他阀厅设备，应该将其置于阀厅外。CBN1避雷器的保护特性高于CBN2，主要限制窜入阀厅的雷电过电压，没有高能量要求。此外，下换流器低压端Y/Δ2换流变压器阀侧绕组由CBN2+V2（操作冲击）、CBN1+V2（雷电冲击）串联保护。

（7）DB1、DB2：分别为直流极线、直流母线避雷器，其电气参数完全相同，安装位置不同。DB2位于直流极线平波电抗器线路侧且紧靠平波电抗器，DB1位于直流线路出口处，两者都用于限制直流开关场的雷电和操作引起的过电压。这里需要指出的是安装DB2避雷器是必要的，对于雷击过电压，DB1相当于第一道防护，DB2相当于第二道防护。由于雷电波是高频分量，平波电抗器阻抗很大，反射回来的过电压波幅值会明显增大，会对平波电抗器的绝缘产生严重危害。通过安装DB2避雷器，可以限制反射波的过电压幅值，降低平波电抗器的端对端过电压。

（8）DR：直接跨接于直流母线平波电抗器两端，主要用于雷电入侵波保护。当极线出口处受到反极性雷击时，偏严考虑，假设平波电抗器阀侧电压还未发生变化，此时平波电抗器端对端电压会非常高，为DB1避雷器的保护水平和极线电压之和，而且该端对端电压几乎全加在靠近DB2避雷器的那台平波电抗器上（特高压直流工程高压极线处的平抗有两台），对平抗的绝缘要求非常高。通过在极线平波电抗器两端加装并联避雷器DR来限制该种雷电冲击波，降低绝缘要求。由于大部分雷击是负极性的，DR避雷器对位于换流站正极直流母线上的平波电抗器保护作用更加明显。

（9）E：位于平波电抗器中性母线侧，其伏安特性高于避雷器EM和EL，主要用来限制窜入中性母线的雷电冲击。

（10）EM、EL：分别安装在金属回线和接地极线上。在整流侧，金属回线方式运行时，由避雷器CBN2和EM共同吸收操作冲击；双极和单极大地方式运行时，由CBN2和EL共同吸收操作冲击。由于逆变侧一般总是接地的，无论在哪种运行方式下，逆变侧中性母线上的操作冲击都由CBN2和EL共同吸收。同时，EM和EL能限制来自金属回线和接地极引线的雷电冲击。

2）云广特高压直流输电工程避雷器

云广特高压工程换流站在下十二脉动换流单元和中性母线上的避雷器布置基本和向上工程相同，主要差别在于上十二脉动换流单元中。云广工程中，最高端换流变压器阀侧配置了A2避雷器，并且对整个上十二脉动换流单元配置了C2避雷器。同时，省去了向上工程采用的MH和CBH避雷器。

（1）A2：由于特高压运行电压的升高，上十二脉动换流单元的换流变，尤其是最高端换流变Y/Y阀侧的最高运行电压非常高，接近900kV，在某些故障工况下该处的过电压会非常大，因而可以考虑在最高端高压换流变压器Y/Y阀侧安装A2避雷器，直接保护处于最高电位的换流变压器阀侧绕组及设备。实际上，在向上工程中，使用MH与V2避雷器串联实现上述保护功能。

应该说，这两种保护方式各有优缺点。云广工程采用A2避雷器的优点是直接保护，非常直观，令人放心。由于采用平抗分置，可降低A2避雷器的PCOV，又因其仅半个周波承受高电压，可取较高的荷电率，从而获得较低的保护水平。但每站每极需要3台，由于其额定电压高，整支避雷器高度很高，安装困难，考虑到空气间隙的要求，会占用阀厅较大空间。向上工程采用MH+V2的保护方式，优点是每极每站仅需要1台MH避雷器，且其额定电压低，避雷器高度低，阀厅内的布置相对简单，占用空间小。缺点是，MH+V2的保护水平高于单支A2避雷器的保护水平，对换流变阀侧套管和绕组的绝缘水平要求更高。

（2）C2：直接保护整个上十二脉动换流单元，特别是在上十二脉动换流单元单独运行时，可以有效保护换流单元两端及内部设备。此外，与C1避雷器串联后，可以保护平波电抗器阀侧直流母线，与向上工程中的CBH避雷器功能相同，从这点上来说，这两种保护方式效果基本相当。