西电开关电气公司等单位研究者提出直流GIS的长期带电试验方案

海上风电作为一种清洁、绿色和可再生的自然能源，支撑节能减排及双碳战略的实施，高压大容量海上柔性直流技术和轻型化海上平台是海上风电发展的必然选择，特别是具有丰富海上风电资源的地区，是未来海上风电发展的核心。

我国深远海的风电资源储量丰富，规模化海上风电送出是必然趋势，海上风电柔性直流输电送出的关键技术及装备制造尤为重要，现有设备仍有不足。直流场设备是海上平台的重要组成部分，尤其是直流场中用于开关操作和测量保护的空气绝缘设备。

传统敞开式空气绝缘设备占用空间较大，不利于海上平台的发展。为了有效减小平台面积及质量，采用直流气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）替代原有敞开式设备。直流GIS具有可靠性高、耐候性好、空间占用小的优点，不仅有助于减小换流站面积，还有利于降低大容量、离岸远的海上风电场的设施投资成本。但是，直流GIS绝缘件长期运行在单极性直流电压下，表面会产生电荷积聚，从而改变沿面电场分布，降低绝缘子沿面闪络电压。

国外及国内已对直流GIS开展了相关基础研究及设备研制工作，目前尚无实际工程应用，缺乏运行经验，因此欧洲PROMOTioN项目、CIGRE技术手册均明确了直流GIS完成长期带电试验的必要性。

目前，暂无关于直流GIS的国际、国内标准，缺乏系统、全面的试验指导，开展长期带电试验考核可有效验证直流GIS的可靠性、稳定性。针对尚无直流GIS标准的难题，西安西电开关电气有限公司、西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室的姚璇、南振乐、杜文娟、张博雅、李奕萱，围绕长期带电试验方案及试验样机展开研究，基于多物理场耦合仿真结果，提出长期带电试验方案，并设计样机形态。

图1 长期带电试验样机形态

他们首先通过建立电-热场的多物理场耦合仿真模型，对直流场下GIS的绝缘薄弱点，即盆式绝缘子，进行仿真研究，确定了盆式绝缘子在零负载和高负载时的电荷饱和时间，以及长期带电周期试验天数。

表1 长期带电试验具体内容

表2 长期带电试验程序

由于目前暂无直流GIS试验标准，研究者对CIGRE、IEC交流相关标准进行研究，同时基于仿真结果，研究制定了直流GIS的长期带电试验方案，并根据实际试验场地、试验接线方式等因素设计长期带电试验样机，充分、全面地验证了直流GIS在运行过程中的绝缘问题，以保证其绝缘性、可靠性及稳定性。所设计的试验样机已在户外试验现场完成了几个周期的带电试验，目前运行稳定。试验完成后，为未来工程应用提供运行数据及经验。

本工作成果发表在2024年第3期《电气技术》，论文标题为“±550kV直流气体绝缘金属封闭开关设备长期带电试验研究”，作者为姚璇、南振乐 等。

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