±800_kV混合直流输电...2等离子体喷射触发间隙研制_李志兵.pdf

第 49 卷 第 3 期：937-945 高电压技术 Vol.49,No.3:937-945 2023 年 3 月 31 日 High Voltage Engineering March 31,2023 DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20220870 2023 年 3 月 31 日第 49 卷 March 800 kV混合直流输电工程用DC 80 kV SF6/N2等离子体喷射触发间隙研制 李志兵1，徐晓东1，张 然1，李晓昂2，黄 印1，赵 科3（1.中国电力科学研究院有限公司，北京 100192；2.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049；3.国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，南京 211106）摘 要：白鹤滩江苏800 kV 混合直流输电工程在交流侧故障穿越过程中，为了限制柔直母线上过电压吸收冗余能量需要加装可控自恢复消能装置。为了实现可控自恢复消能装置的 1 ms 快速投入，需要研制 DC 80 kV SF6/N2等离子体喷射触发间隙。根据工程需求，分析了工程应用条件，明确触发间隙关键技术要求。针对高性能触发的要求，提出了高压脉冲型等离子体双级接续触发方法，设计了同轴层压式产品化触发腔，搭建触发特性试验平台，开展触发性能试验研究，并提出通过监测触发过程中储能电容电压变化在线监测触发性能的方法，研究结果表明，最低可触发电压为 50 kV，触发时延在 0.3 ms 以内，空载触发寿命为 1800 次。针对大直流通流及快速绝缘恢复的要求，依据横磁电极旋弧原理，完成自旋弧主电极设计，开展电场及旋弧仿真，设计搭建了通流及绝缘恢复试验回路开展试验研究，拍摄电弧运动。结果表明，电弧能够沿主电极边缘高速旋转，实现 30 kA/50 ms 通流后 0.1s恢复耐受 1.5 倍额定电压、通流寿命 50 次。基于上述关键问题的解决，完成了双冗余等离子体喷射触发间隙本体及高电位测控的成套装置结构设计，研制了样机并通过了第三方性能试验验证，绝缘、触发和通流关键技术指标全面满足白江工程要求并将工程应用。关键词：混合直流输电工程；等离子体喷射；触发间隙；触发寿命；通流能力 Development of DC 80 kV SF6/N2 Plasma Injection Trigger Gap for 800 kV Hybrid DC Transmission Project LI Zhibing1,XU Xiaodong1,ZHANG Ran1,LI Xiaoang2,HUANG Yin1,ZHAO Ke3(1.China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China;2.State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment,Xian Jiaotong University,Xian 710049,China;3.Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd.,Nanjing 211106,China)1 Abstract：During AC-side fault ride-through of the Baihetan-Jiangsu 800 kV hybrid DC transmission project,a con-trolled self-recovery dissipation device was added in order to limit the overvoltage absorption of redundant energy on the flexible bus.In order to achieve a rapid 1ms input of the controlled self-recovery dissipation device,a DC 80 kV SF6/N2 plasma jet trigger gap needs to be developed.According to the engineering requirements,the engineering application con-ditions were analyzed and the key technical requirements for the trigger gap were clarified.To meet the requirements of high performance triggering,a high voltage pulse type plasma.double-stage succession triggering method is proposed,a coaxial laminated type productized triggering chamber was designed,a test platform for triggering characteristics was set up,a test study of triggering performance was carried out,and a method for online monitoring of triggering performance by monitoring the voltage change of the energy storage capacitor during the triggering process was proposed.The re-search results show that the minimum triggerable voltage is 50 kV,the trigger time delay is 0.3 ms,and the no-load trigger life is 1800 times.In order to meet the requirements of large direct-current flow and fast insulation recovery,the design of the main electrode of the spin-arc was completed based on the principle of transverse magnetic electrode spin-arc,and the electric field and spin-arc simulation was carried out.The results show that the arc is capable of rotating at high speed 基金资助项目：国家电网公司科技项目(5500-202155107A-0-0-00)。Project supported by Science and Technology Project of SGCC(5500-202155107A-0-0-00).938 高电压技术 2023,49(3)along the edge of the main electrode,recovering to withstand 1.5 times the rated voltage in 0.1 s after 30 kA/50 ms through-current,and withstanding 50 through-current cycles.Based on the solution of the above key issues,the structural design of the dual redundant plasma jet trigger gap body and the high potential measurement and control package was completed.The prototype has been developed and verified by the third party performance tests.The key technical indica-tors of insulation,triggering and through-current fully can meet the requirements of the Baijiang project and will be applied in the project.Key words：hybrid DC transmission project;plasma jet;trigger gap;trigger life;through-current ability 0 引言 国际首个800 kV 混合直流输电工程白鹤滩江苏输电工程(简称白江工程)受端采用 400 kV常规直流(LCC)串联3个并联的400 kV柔直(VSC)。当受端交流系统故障时，故障穿越过程中，400 kV柔直母线上会产生很大的功率盈余导致过电压，严重威胁 VSC 阀组安全，需加装可控自恢复消能装置限制过电压和吸收冗余能量1-3。可控自恢复消能装置核心元件为大容量可控避雷器，分为固定和可控两部分，可控部分需要并联控制开关，当柔直母线上出现过电压时控制开关需要 1 ms 将可控部分旁路，有效降低避雷器残压大幅提高能量吸收能力，保护 VSC 阀组安全。目前传统机械开关合闸时间十几毫秒以上4；电力电子开关需要多元件串并联，结构复杂，成本高；触发间隙开关可以实现 1 ms关合，能够快速将可控避雷器投入，且简单可靠，成为工程优选方案之一。近年来等离子体喷射触发间隙技术飞速发展，能够在很低的电压下快速触发导通，满足快速控制需要，但仅在实验室有少量应用。研制触发性能好、触发寿命长、能够通过大直流短路电流并快速绝缘恢复，全面满足特高压混合直流工程要求的等离子体喷射触发间隙，具有重要的理论研究及工程应用价值。触发间隙的关键技术包括触发特性、大电流通流及弧后绝缘恢复两方面，国内外学者在关键技术方面做了大量的研究。在触发方面，美国学者Pancotti 设计了两种可重复放电的毛细管喷射装置用于航空器推进装置5，工作在大气压空气或真空中，触发能量很低，为高重频小通流工作模式。李晓昂、张宁博及李志兵等人研究了不同触发能量、毛细管结构和气压对等离子体喷射特性的影响6，分析了不同放电次数后的性能劣化过程和机理。西安交通大学黄东和杨兰均等设计了一种两间隙毛细管气体触发间隙原理样机7，通过触发通道和主通道喷射的等离子体共同作用完成触发。朱浩、李志兵及李晓昂等人对 SF6等离子体喷射触发间隙触发寿命开展研究，触发腔选取聚四氟乙烯材料，触发寿命达 583 次8。郜赣、李晓昂和张宁博等人针对金属丝爆触发方式获得了铝丝直径、触发电压和环境介质气压对等离子体喷射特性的影响规律9。王天驰、陈伟等人针对预电离开关触发间隙击穿时延特性开展研究，认为预电离触发间隙击穿时延差异的主要因素为气压不同导致的电离系数值的不同和初始电子产生时刻的不同10。在大电流通流和弧后快速绝缘恢复关键技术方面，国内外主要围绕断路器开断开展研究。真空断路器多采用旋弧电极，Kumar C 和 Pramanik A 首次提出了真空中横向磁场控制下的旋转电弧装置11。大连理工大学邹积岩12-14团队建立了真空螺旋槽横磁电极及杯状纵磁电极模型，得出了各种真空自磁场调控的特性。SF6断路器采用棒状插接式电极利用压气吹弧结构实现熄弧，严旭、姜旭、朱凯等人研究了 SF6断路器灭弧室内电弧特性参数间的相互关系，为电弧特性参数间的作用规律提供了参考15。沈阳工业大学林莘研究了触头烧损对 SF6断路器介质恢复特性的影响16，提出了改善触头烧损对介质恢复特性影响的方法。在电力系统触发间隙整机研制方面，刘善红、刘轩东及李志兵等基于高压脉冲型单级等离子体喷射触发及旋弧电极开展关键技术研究，研制了 AC 12/40.5 kV SF6等离子体喷射触发间隙17。李志兵、颜湘莲及戴玲等对采用陶瓷沿面触发方式，设计了多棒极触发真空间隙，研制了 AC 12/40.5 kV 真空触发间隙样机18。余辉、李国富及刘赫等人研制了用于控制可控避雷器限制过电压的敞开式触发间隙原理样机，采用空气绝缘及球电极，能够在 0.87 倍额定电压下可靠触发导通，控制可控避雷器19。综合国内外学者研究结果及项目组研究基础，DC 80 kV 触发间隙需要采用 30%SF6/N2绝缘，采用双级接续触发解决高绝缘气体中低工作系数下可靠触发难题，采用大直径平板旋弧电极解决通流及李志兵，徐晓东，张 然，等：800 kV 混合直流输电工程用 DC 80 kV SF6/N2等离子体喷射触发间隙研制 939 弧后快速绝缘恢复难题，基于以上技术的深入研究完成DC 80 kV等离子体喷射触发间隙产品化研制，满足特高压工程极高技术性能及可靠性要求。本文首先开展工程应用条件研究，明确触发间隙关键技术参数。其次，针对高绝缘气体中低工作系数可靠触发难题，开展双级接续等离子体触发方法研究及同轴层压式产品化触发腔设计，搭建触发特性试验平台，开展不同尺寸、不同材料触发腔的触发特性及触发过程监测方法研究，完成触发间隙的触发关键技术研究。再次，针对大直流通流及快速绝缘恢复难题，设计自旋弧主电极，开展电场及旋弧仿真，设计搭建大通流及绝缘恢复回路开展试验，完成通流及快速绝缘恢复关键技术研究。最后，针对高电位应用，设计触发间隙本体及高电位测控的成套装置，开展第三方性能验证试验，完成DC80kV 等离子体喷射触发间隙的工程产品研制。1 工程应用条件研究 特高压混合直流输电工程可控自恢复消能装置原理图如图 1 所示，可控自恢复消能装置控制开关由触发间隙、快速真空断路器及快速 SF6断路器组成，触发间隙 1 ms 触通将可控避雷器可控部分旁路，并联 5 ms 合闸的快速真空断路器缩短触发间隙通流时间；并联快速 SF6断路器通过吹弧提高弧压开断避雷器直流续流触发间隙关键技术要求依据特高压混合直流输电工程系统研究决定，关键技术要求如表 1 所示。绝缘方面，触发间隙与避雷器可控部分并联，绝缘设计参考避雷器可控部分，10 s 直流耐压 138 kV，2 h 直流耐压 117 kV，雷电冲击耐受 147 kV。触发方面，依据工程系统分析，触发间隙需要在 50 kV 时可靠触发，提出最低可触发电压 50 kV；为了能够快速限制交流系统故障穿越过电压，避雷器需在 1 ms 内投入，提出最大触发时延 1 ms，空载触发寿命 200 次；考虑系统存在 kHz 量级的电压谐波，间隙触发后谐波可能导致避雷器电压降低，泄漏电流减小使得间隙熄弧，需具备在 1.5 ms 内连续两次触发功能；为满足系统重合闸时消能装置可再次投入的要求，需要间隔 300 ms 能够再次触发。通流方面，可控自恢复消能装置动作顺序为1 ms 内触发间隙导通，5 ms 后快速真空断路器关合、30 ms 后快速 SF6断路器关合。当交流系统故障穿越过程中避雷器电流如图 2 所示，工程要求考 图 1 可控自恢复消能装置接线原理图 Fig.1 Diagram of controlled self-recovery energy dissipation device wiring schematic 表 1 触发间隙关键技术要求 Table 1 Key technical requirements for trigger gap 项目 技术要求 直流额定电压/kV 80 绝缘10 s 直流耐受电压/kV 138 2 h 直流耐压/kV 117 雷电冲击耐受/kV 147 触发最低可触发电压/kV 50 最大触发时延/ms 1 触发寿命/次 200 触发功能 1.5 ms 内连续 2 次触发，间隔 300 ms 后再次触发 通流短时通流峰值、时间及次数 20 kA/30 ms/50 次 短路通流后绝缘恢复 1 s 后恢复耐受额定电 压，60 s 后恢复全绝缘 极端通流峰值、时间及次数 88 kA/30 ms/1 次 图 2 交流系统故障穿越过程中避雷器电流 Fig.2 Arrester currents during fault ride-through in AC systems 虑快速机械开关拒合时，间隙可耐受峰值 20 kA 直流衰减电流，直至 30 ms 后快速 SF6断路器关合，此时等效通流量为 275 C，1 s 后绝缘恢复至额定电压，通流寿命 50 次；当发生避雷器击穿故障时，电流如图 3 所示，工程要求出现这种情况且快速真空940 高电压技术 2023,49(3)断路器拒合时，触发间隙在极端通流峰值 88 kA，持续时间 30 ms 情况下，外形完好，壳体不破裂。2 触发关键技术研究 提出双级接续触发方法，设计产品化的同轴层压式触发腔，搭建触发试验平台，开展触发性能试验研究，提出工程应用的触发过程监测方法，完成触发关键技术研究。2.1 双级接续触发方法 触发间隙采用双级接续的等离子体喷射触发方式，如图 4 所示。通过晶闸管 SCR 控制储能电容C2 短路放电，经脉变升压输出高压脉冲，令触发电极 1 与触发电极 2 之间的一级腔发生沿面放电，烧蚀一级腔绝缘材料产生等离子体喷射至触发电极 2与低压电极的二级腔中，将二级腔短接形成储能电容 C1 短路放电通道，烧蚀二级腔绝缘材料产生大量高温高压的等离子体，喷射至高、低压电极形成的气体间隙中，使得电场分布发生畸变，实现气体间隙在极低工作系数下的可靠导通。2.2 同轴层压式触发腔设计 触发各电极与抗烧蚀的聚四氟乙烯绝缘件构成触发腔，与间隙本体外置触发器配合产生等离子体导通主间隙。基于前述的触发原理，设计了同轴层压式产品化触发腔，如图 5 所示。触发腔置于大通流下电极座的狭长空腔中，中心设置等离子体毛细孔喷射腔，触发电极 1 与触发电极 2 之间为一级腔，触发电极 2 与低压电极之间为二级腔，采用孔短轴长的公差配合保证触发腔可靠压接。考虑到触发过程的耐电弧烧蚀特性，低压电极、触发电极 1、触发电极 2 在等离子烧蚀部位均采用抗烧蚀的CuW80 材料，其他部位采用 CuCr 合金与 CuW80焊接。2.3 触发性能试验研究 搭建如图 6 所示的触发试验平台，采用高速相机同步观测等离子体喷射发展过程及形态参数；测量间隙电压、电流以及触发回路双级输出电压和电流，获得间隙导通特性以及触发状态监测参量，完成不同的触发回路参数、触发腔尺寸、触发电极材料的等离子体触发喷射特性研究。研究发现，采用工程化的触发回路获得了触发喷射特性，测量波形如图 7 所示，触发时延为 0.107 ms(小于工程要求的 1 ms)，最低可触发电压 50 kV，触发寿命达 1800 次。触发腔的绝缘材料寿命终期的 图 3 避雷器击穿故障电流 Fig.3 Lightning arrester breakdown fault current 图 4 双级接续触发原理图 Fig.4 Principle of trigger gap double-stage succession triggering 图 5 同轴层压式触发腔结构 Fig.5 Coaxial laminated trigger chamber construction 照片如图 8 所示，除了触发腔多次电弧烧蚀直径增大外，其余部分结构完好，未出现变形，说明产品化触发腔结构可靠。2.4 触发过程监测 研究发现，一级腔击穿电压及触发电容 C1 在二级腔导通时剩余电压随着触发间隙的放电次数增加呈现规律性变化，试验测量散点图如图 9 所示，李志兵，徐晓东，张 然，等：800 kV 混合直流输电工程用 DC 80 kV SF6/N2等离子体喷射触发间隙研制 941 图 6 等离子体双级接续触发试验平台 Fig.6 Plasma two-stage continuous trigger test rig 图 7 触发性能测试波形 Fig.7 Trigger performance test waveforms 一级腔 二级腔 图 8 触发间隙寿命终期触发腔烧蚀照片 Fig.8 Photo of end-of-life K-gap trigger chamber ablation 提出通过测量脉变输出电压和触发电容 C1 电压监测第一级和二级触发腔性能变化，从而判断触发腔工作是否可靠。依据该研究结果形成工程监测系统测量方案，采用监测触发电容剩余电压来判断触发腔工作状态。在相同条件下进行触发腔触发寿命试验获取整个寿命周期中每次触发时触发电容剩余电压，获得触发电容剩余电压 Ur随寿命变化的散点图，确定触发电容电压 Ur的警报阈值 Urm，推导寿命与触发电容剩余电压之间的关系，通过反演、拟合得到具体 图 9 脉变及触发电容放电电压随放电次数的变化 Fig.9 Variation of pulse and trigger capacitor discharge volt-age with number of discharges 关系式。基于实时监测数据及所得关系式对触发腔寿命进行监测，判断触发腔工作状态，如触发性能劣化时及时检修更换，增强工程可靠性。3 通流及快速绝缘恢复关键技术研究 白江工程提出等离子体喷射触发间隙需通过20 kA/30 ms/50 次，1 s 后恢复至额定电压，60 s 后恢复至全绝缘的技术需求，基于此要求开展自旋弧主电极设计，开展电场及旋弧仿真，设计并搭建通流及绝缘恢复试验回路，开展试验研究，完成通流及快速绝缘恢复关键技术研究。3.1 自旋弧主电极设计 触发间隙采用横磁旋弧原理的大直径平板电极，如图 10 所示。在圆周方向等分设置螺旋形槽口，当主电极中心位置起弧后，在上下电极径向电流产生的磁场作用下，轴向电弧受径向安培力迅速运动至主电极边缘，沿着主电极旋转，减小高热电弧对主电极的烧蚀，延长电极使用寿命，提升弧后绝缘性能。为了增强电极的耐烧蚀性能，采用抗烧蚀的 942 高电压技术 2023,49(3)图 10 旋弧主电极结构 Fig.10 Rotating arc main electrode structure CuW80 材料。电极本体与电极座距离设置达 70 mm以上，防止电弧烧蚀电极座，其余铜、铝零部件在满足通流要求的基础上尽可能缩小直径使之小于铜钨电极旋弧面直径，避免电弧旋转过程中烧蚀到非铜钨区域。采用设计的主电极对间隙本体开展电场仿真，外施 250 kV 雷电冲击电压发现最大场强位置为电极边缘，仿真云图如图 11 所示，最大场强值为 16.9 kV/mm。间隙本体在最低功能压力下开展雷电冲击绝缘摸底试验，雷电冲击耐受电压为250 kV，满足工程要求。3.2 主电极旋弧仿真 为了观察设计的主电极结构的旋弧效果，采用Fluent 流体力学有限元仿真软件对主电极进行旋弧仿真，观察电弧的温度分布随时间的变化获得电弧运动规律，仿真结果如图 12 所示。电弧在产生后随着时间推移而运动。t=2.40 ms 左右，弧根沿着电极的一个分支到达主电极边沿，在这之后沿着主电极外边缘继续运动。在 t=3.1 ms 时电弧运动到下一个主电极分支，t=4.0 ms 时电弧运动到第 3 个主电极分支。仿真结果表明，电弧能够沿着所设计主电极边缘高速旋转，可有效减少主电极的局部烧蚀。3.3 通流试验研究 基于通流试验的技术需求，设计搭建了如图 13所示大电流通流回路，采用电容器组振荡放电+反并联二极管续流方式产生直流衰减电流。试验前储能电容器组充电至试验电压，直流高压发生器预加恢复电压，保护开关 K 闭合。0 ms 时触发间隙导通，控制储能电容器组通过电抗器放电，电容器组电压反极性二极管续流，在间隙中产生近似直流的衰减放电电流。发出间隙触通指令同时保护开关K分闸，待间隙电流衰减至零后，保护开关 K 开断隔离储能电容器组，同时直流高压发生器施加指数上升的恢复电压并维持一段时间。图 11 主电极电场仿真云图 Fig.11 Main electrode electric field simulation cloud 图 12 电弧仿真温度分布 Fig.12 Arc simulation temperature distribution 图 13 大电流通流试验回路 Fig.13 High current flow test circuit 在试验回路上开展了正负极性共 50 次的通流试验，每次试验熄弧后立即施加指数上升恢复电压，试验电压施加 30 kV，间隙电流峰值 34 kA，持续时间 52 ms，熄弧后恢复电压在 85 ms 上升至 120 kV，4 s 升至 138 kV 并维持 10 s，试验波形如图 14 所示。表明间隙通流后 85 ms 绝缘恢复耐受 1.5 倍额定电压，4 s 恢复耐受全绝缘。使用高速相机拍摄电弧图像见图 15，电弧在上、下电极边缘高速旋转，未扩散出主电极区域。50 次通流试验后解体查看电极状态，如图 16所示，电极表面光滑，有铜析出的花斑，无毛刺，并对触发间隙进行了放电试验，雷电放电电压为通流前 90%。仿真和试验可知，通流过程中电弧能够有效地束缚于铜钨电极区域并高速运动，触发间隙通流后 李志兵，徐晓东，张 然，等：800 kV 混合直流输电工程用 DC 80 kV SF6/N2等离子体喷射触发间隙研制 943 图 14 通流及绝缘恢复试验波形 Fig.14 Waveform for through-current and insulation recovery test 绝缘恢复及通流寿命后绝缘性能均满足工程要求，认为主电极设计合理。4 触发间隙样机设计 基于上述等离子体喷射触发间隙触发特性、通流及绝缘恢复关键技术研究，开展等离子体触发间隙本体结构设计，针对高电位应用完成成套装置结构设计。4.1 本体结构设计 触发间隙本体采用主电极置于复合套管内，为兼顾长触发寿命及大通流要求，采用 30%SF6/N2混合气体绝缘，额定压力 0.35 MPa(绝对压力，下同)，最高功能压力 0.37 MPa，最低功能压力0.3 MPa。主要部件包括均压环、复合绝缘筒、高压电极、低压电极、金属筒、控制箱、触发器和控制器等，如图 17 所示。复合绝缘筒内部安装高压电极、低压电极。可控避雷器高压引线连接上盖板，经高压导电杆引入间隙至高压电极，间隙低压电极连接低压导电杆，与下盖板相连，经接线端子连接可控避雷器低压引线。低压电极内嵌等离子体喷射触发腔。高压电极、低压电极、触发腔、触发器和控制器均设计为独立的两套以充分保证触发高可靠性。4.2 高电位成套装置结构设计 基于高电位应用的工程技术需求，设计了触发间隙成套装置结构，如图 18 所示，由间隙本体、控制箱(控制箱内含触发器、控制器)、供能变和绝缘平台组成。间隙本体和控制箱安装于直流系统中性 图 15 高速相机拍摄电弧旋转形态 Fig.15 High-speed camera captures arc rotation pattern 图 16 通流试验后主电极形貌 Fig.16 Main electrode shape after through-flow test 图 17 等离子体喷射触发间隙样机结构 Fig.17 Plasma jet trigger gap prototype structure 线高电位的绝缘平台上。供能变从地电位给控制箱中的触发器、测量系统和控制器隔离供电。绝缘平台包括安装平台、支撑绝缘子、光纤绝缘子和充气绝缘子等，用于给间隙本体及控制箱中设备提供绝缘支撑、光纤通讯及充气通道。5 第三方性能试验 触发间隙是新型高压开关设备，目前尚无现行标准可依据，提出了工程性能试验方案，在第三方试验站开展绝缘、触发、通流、EMC 和环境等性能试验。944 高电压技术 2023,49(3)图 18 DC 80 kV 等离子体喷射触发间隙整体示意图 Fig.18 Schematic diagram of DC 80 kV plasma jet trigger gap 触发间隙能够 1.5 ms 内连续两次触发，间隔300 ms 后再次触发，最低触发电压为 50 kV，触发时延0.3 ms，触发寿命为21800次，超过工程要求。触发间隙通流及绝缘恢复试验结果显示，触发间隙额定短路通流电流为 30 kA，平均通流时间为50 ms，通流寿命 50 次，通流后 0.1 s 内恢复耐受DC 120 kV、10 s 内恢复耐受 DC 138 kV，试验后对间隙本体开展雷电、10 s 直流耐压及 2 h 直流绝缘耐压试验，均通过。试验关键参数如表 2 所示。6 结论 1）提出了双级接续等离子体喷射触发方法，设计了同轴层压式产品化触发腔，提出实时测量触发电容电压开展触发腔状态在线监测的方案，实现了强绝缘气体中和低工作系数下，快速导通，长触发寿命和触发性能的实时监测。2）提出自磁场型旋弧电极的磁流体力学模型仿真方法，设计了工程产品化的主电极，实现了 30 kA/50 ms/50 次的大容量直流通流，通流后绝缘快速恢复。3）提出触发及控制双套冗余配置、实时状态监测、高电位隔离供能及光纤测控等方案，实现了高电位、高可靠、全功能测控。4）研制成功DC 80 kV等离子体喷射触发间隙，采用 SF6/N2混合气体，雷电绝缘耐压为 250 kV，最低可触发电压为 50 kV，触发导通时间0.3 ms，触发寿命为 21800 次，通流能力 30 kA/50 ms/50 次，通流后 0.1 s 恢复 1.5 倍额定电压耐受，触发、通流、测控双冗余设计，全面满足了特高压工程高性能高可靠要求。表 2 触发间隙第三方性能试验参数表 Table 1 Trigger gap third party performance test parameters table 序号试验项目 试验参数 1 间隙本体绝缘试验 雷电耐压 250 kV，正负极性各 15 次 2 10 s 直流耐压/kV 170 3 2 h 直流耐压/kV 150 4 24 h 直流耐压/kV 130 5 间隙本体触发功能试验 1.5 ms内连续2次触发，间隔300 ms 后再次触发 6 触发器和控制器功能试验 充电、触发及控制功能 7 间隙本体最低触发电压/kV 50 8 间隙本体触发时延/ms 0.3 9 间隙本体触发寿命试验 21800 次 10 间隙本体直流通流及绝缘 恢复试验：额定短路通流 电流/时间/次数 DC 30 kA/50 ms/50 次(通流后 0.1 s 内绝缘恢复耐受DC 120 kV、10 s 内绝缘恢复耐受 DC 138 kV/10 s)11 成套装置电晕及绝缘平台绝缘试验电晕试验 DC 165 kV 12 操作耐压/kV 500 13 雷电耐压/kV 575 14 1 h 直流耐压/kV 225 参考文献 References 1 刘泽洪，王绍武，种芝艺，等.适用于混合级联特高压直流输电系统的可控自恢复消能装置J.中国电机工程学报，2021，41(2)：514-523.LIU Zehong,WANG Shaowu,CHONG Zhiyi,et al.Controllable and adaptive energy absorption device for hybrid cascaded UHVDC transmission systemJ.Proceedings of the CSEE,2021,41(2):514-523.2 严治勇，杨学广，陶 敏，等.混合直流输电系统电压裕度控制策略研究J.广东电力，2020，33(7)：49-56.YAN Zhiyong,YANG Xueguang,TAO Min,et al.Research on voltage margin control strategy of hybrid DC transmission systemJ.Guang-dong Electric Power,2020,33(7):49-56.3 郝亮亮，詹清清，陈争光，等.LCC-MMC 型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析J.电力自动化设备，2019，39(9)：220-227.HAO Liangliang,ZHAN Qingqing,CHEN Zhengguang,et al.Analy-sis of DC current transient process under AC system fault at LCC-MMC hybrid HVDC sending endJ.Electric Power 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