基于恒电位法的阀冷却系统铝散热器腐蚀特性研究

目前高压直流输电阀冷却系统普遍存在均压电极结垢问题,严重的甚至影响高压直流系统的正常运行。从均压电极结垢的源头即散热器的腐蚀出发,以安顺换流站的换流阀的内冷水系统为对象,基于电化学原理、恒电位法和测试技术,分析铝散热器的腐蚀机理,从温度、悬浮树脂浓度、水流速、溶解氧浓度和PH值5个方面讨论铝散热器腐蚀的影响因素和作用机制,得出了抑制铝散热器腐蚀的各因素最佳值,并建设性地提出了改善阀冷系统限制其腐蚀结垢的方法,为解决南方电网其他换流站内冷却水系统的腐蚀结垢提供科学依据。     

广州换流站阀塔底部连通水管放电原因分析

为了提高现场工作人员对直流输电系统可控硅换流阀设备的维护水平,用高电压技术的气泡击穿理论并结合德国西门子公司换流阀水冷却系统管道的设计原理,对天广直流输电工程广州换流站的两起阀塔底部连通水管放电破裂导致高压直流输电系统跳闸的事故原因进行分析。通过建立电路模型深入分析阀塔底部连通水管发生放电现象的机理,得出当水管管路中残留气泡而未及时排出时将导致水回路放电击穿的结论。此外,还针对天广直流输电工程该水管的设计与贵广Ⅰ回工程进行了比较和探讨。     

嵊泗HVDC换流阀内水冷回路分析

:介绍了嵊泗直流输电工程晶闸管换流阀内水冷回路的结构 ,并对晶闸管换流阀内水冷回路电极的设置、直流均压设施、阀层间主水管增设伞裙、主水管顶部增加排气阀的必要性、内水冷回路支水管堵塞问题以及运行中内水冷回路冷却水的补充方案修改和水温的确定等方面进行阐述。     

高压直流输电工程换相失败研究

晶闸管换流阀在逆变工作模式时,对连接换流阀的交流系统、直流系统以及换流阀自身的状态要求比较严苛。当逆变侧出现换相失败时,换流阀会承受较大的电流应力,同时也会产生交流系统频率跌宕、直流侧电流陡增等现象。韩国济州高压直流输电工程在调试过程中多次发生的换相失败现象,文中从换相失败发生机理出发,通过现场试验研究和模拟故障现象仿真等方法综合分析,确定出故障发生原因并有效解决了换相失败问题,满足工程运行要求。     

均压电极垢层电沉积模型分析与应用

换流阀是高压直流输电系统中的核心设备,阀冷系统用于阀体组件的散热,而阀冷系统散热器腐蚀和均压电极结垢将导致换流阀运行故障,因此研究阀冷系统的腐蚀和结垢特性,对保障换流站安全可靠运行尤其重要。基于散热器腐蚀和垢层的沉积机理,应用有限元方法,建立了考虑电极表面沉积反应、物质传递过程的均压电极垢层沉积模型,所建模型能够模拟垢层生长过程、分析电极表面附近电场以及腐蚀离子浓度分布。基于该模型分析了电极表面垢层的沉积行为特性、电极表面的垢层分布,讨论了不同电压等级对垢层厚度的影响,得到垢层主要分布在高电位电极、电极尖端垢层量远大于电极平行位置以及电压等级升高,垢层厚度明显增大的仿真结果。结合实际换流站阀冷系统的运行数据和电极结垢形貌,验证了垢层沉积模型的有效性。     

天广直流工程换流阀冷却系统腐蚀与沉积

为了找到天广直流输电工程运行5年后换流阀冷却系统中存在较严重的腐蚀与沉积,形成的垢质阻塞冷却水路进而使元件散热不畅而烧毁直流输电系统故障的成因和解决方法,检验了阀冷系统相关元件材质与水质,依据沉积物成分分析结果并结合电化学反应理论初步给出了阀内冷水系统腐蚀与沉积现象发生的物质基础与过程机理。试验与分析表明,在为晶闸管散热的铝质冷却座中,金属铝在水中的的电化学反应是导致阀冷系统中腐蚀与沉积的根本原因。     

换流阀冷却系统腐蚀结垢分析研究

换流阀内冷水系统普遍存在均压电极结垢问题,该问题会引起换流阀闭锁或紧急停运事故,给电网安全稳定运行带来隐患,这一问题至今没有根本的解决办法。在对均压电极结垢情况和晶闸管散热器腐蚀调查研究的基础上,进行了均压电极的结垢分布规律分析,给出了结垢控制对策。     

锦屏—苏南±800kV特高压直流工程晶闸管换流阀

换流阀是特高压直流输电工程中主要关键设备,其设计的可靠性直接影响直流系统的安全可靠运行。文中介绍了锦屏—苏南±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀主要技术参数。主要从电压应力、电流应力、水冷系统、晶闸管参数4个方面和先前投运的向家坝—上海±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀进行了对比分析。验证了锦屏—苏南特高压直流工程晶闸管换流阀整体性能比向家坝—上海±800 kV直流工程有所提升,可以长期安全可靠运行;同时也为后续±800 kV特高压直流工程换流阀的设计和制造奠定了良好的基础。     

换流阀层间大水管可换向电子力矩扳手研制

高压直流输电系统换流阀阀塔层间水管采用不锈钢水管和塑料水管组装连接而成,水管接头处采用螺母连接方式,常规的安装及检修工具易造成金属与塑料的接口密封圈失效发生漏水,影响高压直流输电系统的安全稳定运行。为改进现场检修效果及提升工作效率,研制了一种塑料制的可换向电子力矩扳手,从而保证换流站各种型号的阀塔冷却水管拆卸维修的顺利进行。     

±800kV特高压直流工程换流阀故障分析与优化设计方法

某国外技术路线换流阀在±800 k V特高压直流输电工程运行中暴露了一些技术缺陷,如逆变侧换流阀会出现换相失败、直流均压电阻运行温度(90~100℃)过高和阀基电子设备(VBE)冗余设计缺陷等。为了消除这些技术缺陷,根据理论分析和工程现场故障录波得到各技术缺陷机理,分别提出了对应的优化设计方案。提出了基于晶闸管电压幅值和电压变化率双重判据的反向恢复期保护电路,避免保护误动引起换相失败;提出了将直流均压电阻通过散热器转接板固定在原晶闸管散热器的设计方法,降低了直流均压电阻运行温度,换流阀运行试验表明各种运行工况下,直流均压电阻温度均63℃;提出了双系统运行进程实时跟随技术的VBE设计方法,有效避免单系统误判换流阀故障导致跳闸,确保VBE在运行中可无缝切换。优化设计后的换流阀在哈密-郑州±800 k V特高压直流输电工程试点应用,通过了现场系统调试和试运行。结果表明原有问题都已经解决,已经正式投入运行超过18个月,运行情况良好,进一步提高了该工程的可靠性。该优化设计方案可以进一步推广应用到其他工程。     

高压换流阀内冷却系统散热器杂散电流腐蚀的试验研究

国内数座换流站的运行经验表明,换流阀内冷却系统中铝制散热器的腐蚀是导致均压电极结垢和水路阻塞、泄漏等问题的根源。为了研究散热器在内冷水中电解电流作用下发生杂散电流腐蚀的问题,文中搭建了典型结构的换流阀内冷却系统模拟试验平台,在模拟换流阀实际运行环境的前提下,通过模拟试验检测了各支流管电流的变化,利用软件仿真明确了散热器内部电解电流的分布,结合相关理论计算了散热器的杂散电流腐蚀量和非电腐蚀量并进行了比较分析。试验和仿真结果表明,换流阀各阀段中只有中间电位以上电位处的散热器能够用发生杂散电流腐蚀;从散热器内表面与塑料接头衔接处起向内延伸约3.7 mm的铝制内表面是发生杂散电流腐蚀的主要区域;在内冷水电导率维持在0.5μS/cm以下的现场运行环境中,杂散电流腐蚀并不是散热器发生腐蚀的最主要原因。     

高压直流输电换流阀晶闸管级在线监测技术

中国在运和在建的高压直流输电工程多达29个。直流输电工程在电网中具有重要地位,换流阀是其核心装置,其性能很大程度影响了直流输电工程的可靠性。首先给出了现有的各种高压直流输电换流阀监测技术原理,并总结了现有换流阀监测技术的局限性,之后提出了晶闸管级阻尼回路和直流均压回路参数的实时在线监测方法,完善了晶闸管触发监测单元(thyristor trigger and monitor unit,TTM)自检功能,最后通过仿真和试验验证了所提出的监测方法的有效性。使用该方法可使换流阀的年度定期检修变为状态检修,实现换流阀在运行中免维护,提高了设备可用率和可靠性。     

印度高压直流输电技术的应用状况

以印度东南部高压直流输电系统为例，从换流阀、换流变压器及滤波器的参数和运行特性等方面，介绍高压直流输电的技术应用情况，展望高压直流输电技术的发展前景。     

高压直流换流阀内冷水系统气泡导致水压失稳研究

介绍了高压直流系统换流阀内冷水系统的主要结构参数和运行特性,以及在某些运行情况下,会产生大量的气泡而导致内冷水系统的压力不稳定,从而影响高压直流系统安全运行的情况。着重分析了内冷水系统出现气泡的机理,并提出了一些有效的解决和改进措施。     

交流系统故障下高压直流输电晶闸管触发监测单元储能方式

晶闸管触发监测(TTM)单元是直流输电换流阀的核心器件之一,用于实现阀控系统和换流阀间信号的光电转换,完成换流阀的触发与保护,其性能直接影响直流输电工程的可靠性。文中给出了具有高电位复合取能功能的TTM的功能设计框图,研究交流系统故障下TTM工作状态对高压直流输电系统的影响,提出TTM储能电路的设计方法,并以酒泉—湖南±800 kV/5 000 A直流工程参数为例,对TTM储能电路进行了理论计算、仿真分析和试验研究。以该成果为核心技术的A5000型换流阀TTM已应用于多个直流输电工程。     

高压直流输电换流阀晶闸管级单元综合测试系统设计与实现

晶闸管换流阀是高压直流输电系统的核心设备,该设备运行状态直接影响了直流输电系统的运行可靠性。因此,在直流输电工程投运前及设备检修期间,电网设备运维单位有必要对换流阀晶闸管级单元进行例行测试。由于直流输电系统中晶闸管级单元数量庞大且晶闸管试验项目繁多,采用分离试验的方式,工作量巨大,因此设计并实现针对换流阀晶闸管级单元的综合测试系统具有重要工程价值。对晶闸管级单元的工作原理进行分析,结合IEC60700-1标准,提出换流阀晶闸管级单元的试验内容、原理及方法,并将开发的测试系统应用于±800 k V特高压直流输电工程换流站的晶闸管换流阀试验,测试结果证明该测试系统设计合理,满足工程应用需求。     

特高压直流输电系统物理动态仿真

为了满足±800 kV特高压直流输电控制保护设备测试及技术研究的需要,南瑞继保公司基于向家坝—上海 ±800 kV特高压直流输电系统电气参数搭建了特高压直流输电系统物理动态模拟仿真模型。该动态模拟系统不仅能够模拟特高压直流输电正常情况下的各种运行工况,还可以模拟换流变压器、换流阀、交直流滤波器、直流线路、交流系统等设备的故障。文中所述的闭环特高压直流输电仿真系统已成功应用于向上±800 kV特高压直流输电工程控制保护设备的出厂测试及国内特高压直流输电工程相关的多项关键科研项目,为特高压直流输电系统的建设和运行提供了有力的技术支持。     

高压直流输电换流阀内冷水水质控制指标研究

探讨了目前高压直流输电换流阀内冷水水质控制指标现状,研究了换流阀内冷水电导率、pH值、二氧化碳含量、氯离子含量、含氧量等水质指标控制原理,通过理论计算估算出内冷水电导率在0.5μs/cm时某±500 kV直流换流站因泄露电流单极每年产生Al(OH),沉淀物约为2.5 kg,每天产生的氧气约4.1 g,证明电导率对散热器腐蚀及内冷水中含氧量有重要影响,溶解氧也应作为常规监督指标,控制含氧量100μg/L;通过水质理论计算及参考金属铝的防腐技术认为密闭运行系统中内冷水的pH值应控制在6.0~8.3,开放且溶入二氧化碳的系统中内冷水的pH值应控制在6.1~8.3,开放运行系统中内冷水中溶入二氧化碳含量应88μg/L;分析认为内冷水氯离子能加速铝腐蚀,也应作为内冷水水质监督指标,通过理论计算提出内冷水中氯离子应控制36μg/L。     

基于有限元法的换流阀水路系统电场分析

在高压直流输电工程中,换流站阀塔内冷水系统会出现漏水故障,严重影响特高压直流输电的稳定性。针对该类漏水故障问题,从阀塔内冷水回路场强因素考虑,采用有限元仿真和实验的方法,搭建了仿真所需的阀塔内冷水回路三维模型和水路局部模型,根据阀塔运行条件对内冷水系统作了电场仿真分析,同时设计了验证实验进行探究。仿真结果表明,内冷水系统回路的冷却水管表面场强部分大于空气击穿场强,等电位线会影响冷却水管周围电场。实验证实在一定条件下等电位线与冷却水管间会有明显放电现象,研究内容为阀塔漏水事故原因分析提供了参考依据。     

基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统设计

换流阀是柔性高压直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系到整个直流输电系统的稳定性,因此需对换流器阀进行严格的型式试验.运行试验是型式试验的重要一环,主要检测换流阀对电流、电压和温度应力的耐受情况.依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统,可对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流器阀的导通、关断和有关电流特性的检验.详细介绍了基于MMC的柔性直流输电换流阀试验系统的主回路和控制系统设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的基于MMC柔性直流输电换流阀试验系统的正确性和实用性.