換流站避雷器(arrestersinconverterstation)安裝在換流站內作為各種電氣設備過電壓保護用的非線性限壓裝置。由於避雷器的額定值和保護特性決定著被保護設備的絕緣水平,所以避雷器是換流站絕緣配合的基礎。按照作用在避雷器上的長期工作電壓性質的不同,換流站避雷器可分為交流避雷器和直流避雷器兩大類。
換流站中的交流避雷器與交流變電所的避雷器基本相同。直流避雷器的運行條件和工作原理與交流避雷器有很大的差別,主要有:À交流避雷器可利用電流自然過零的時機來切斷續流,而直流避雷器沒有電流過零點可利用,因此滅弧較為困難;Á直流輸電系統中電容元件(如長電纜段、濾波電容器、衝擊波吸收電容器等)遠比交流系統的多,而且在正常運行時均處於全充電狀態,一旦有某一隻避雷器動作,它們將通過這一隻直流避雷器進行放電,所以直流避雷器的通流容量要比交流避雷器的大得多;Â正常運行時直流避雷器的發熱較嚴重;Ã某些直流避雷器的兩端均不接地。總之,直流避雷器的運行條件要比交流避雷器的嚴酷得多。對直流避雷器所提出的技術要求是:非線性好,滅弧能力強,通流容量大,結構簡單,體積小,耐污性能好。換流站直流部分的過電壓保護裝置經歷了保護間隙、碳化矽有間隙避雷器和金屬氧化物無間隙避雷器三個發展階段。
保護間隙早期建成的直流輸電工程大多採用保護間隙作為主要的直流過電壓保護裝置。它的結構簡單,價格便宜,堅固耐用,通流能力大,但它的放電電壓不穩定,沒有自滅弧能力。由於直流輸電系統中有完善的控制調節系統,在保護間隙動作之後,能自動降低直流電流到零,進行滅弧,然後自動再起動,恢復直流送電能力,因此保護間隙用作直流系統的高電壓保護裝置是可行的,但對設備的絕緣水平要求高。
碳化矽直流避雷器由於直流系統技術特性對直流避雷器提出的技術要求很高,直到20世紀60年代才研製出合格的碳化矽有間隙直流避雷器。由於間隙放電的不穩定性,碳化矽避雷器的保護水平仍偏高。
金屬氧化物避雷器20世紀70年代以後發展起來的金屬氧化物避雷器能很好地滿足直流避雷器的技術性能要求,已經逐漸淘汰了傳統的碳化矽有間隙避雷器而成為直流輸電系統比較理想的過電壓保護裝置。由於金屬氧化物避雷器的伏安特性要比碳化矽避雷器優越得多,通常不再需要有串聯間隙,故有時也被稱為無間隙避雷器,目前建設的直流工程無例外地全部採用金屬氧化物無間隙避雷器,所有過電壓保護和絕緣配合規程、導則等也全部以無間隙避雷器為基礎。
換流站避雷器配置避雷器在換流站內配置方式尚未完全標準化。如圖所示為一種採用每極一個十二脈動換流器的晶閘管換流站避雷器配置方案,圖中各避雷器的名稱及其主要的保護對象列於下表。
每極一個12脈動換流器的換流站避雷器配置圖
避雷器編號避雷器名稱主要保護對象及說明
A交流母線避雷器交流母線設備和換流變壓器網側繞組
A2交流濾波器母線避雷器交流濾波器雷電保護,斷路器
B1閥避雷器最高電壓的換流閥,其通流能力可能高於B2
B2閥避雷器換流閥和換流變壓器閥側繞組
C換流器避雷器換流器高壓端部和平波電抗器閥側
D直流母線避雷器直流開關場設備和平波電抗器線路側
E中性點母線避雷器中性點母線設備和換流器低壓側端部
Fac1交流濾波器避雷器交流濾波器內電壓較高的電感和電阻元件
Fac2交流濾波器避雷器交流濾波器內電壓較低的電感和電阻元件
Fdc1直流濾波器避雷器直流濾波器內電壓較高的電感和電阻元件
Fdc2直流濾波器避雷器直流濾波器內電壓較低的電感和電阻元件
M半橋避雷器直流半橋母線和換流變壓器閥側繞組