基于波穿透理论的阳极电抗器优化设计研究

作为晶闸管换流阀的串联保护元件,阳极电抗器的优化设计有利于提升特高压直流输电工程的运行可靠性.目前高肇直流工程的阳极电抗器出现了铁心散片、锈蚀以及冷却水路密封性不足等问题,给换流站运行维护带来巨大挑战.此处以波穿透理论为依据开展阳极电抗器电气性能改进提升,完成了新型样机制作、伏秒数测试及水路试验,并完成了换流阀的阀模块型式试验,全面验证了优化后电抗器性能.结果证明采用弹性体进行整体浇注、减少水冷系统支路数量以及取消二次阻尼电阻的样机电抗器可靠性得到全面提升,电气性能满足运行要求,适合于工程推广.     

±1100kV特高压直流换流阀饱和电抗器样机的失效模式与加速寿命试验方法

饱和电抗器是保护晶闸管的重要设备,其失效将威胁换流阀的安全运行。为提高特高压直流换流阀的可靠性,必须研究饱和电抗器的失效模式及其平均使用寿命。首先,研究了特高压直流换流阀饱和电抗器在额定运行工况下承受的电气和热应力;然后,分析了饱和电抗器在各种应力条件下的失效模式,并且找出了决定饱和电抗器失效的主要应力形式和部件;最后,基于环氧树脂的热加速寿命试验预计了饱和电抗器的平均使用寿命。结果表明:环氧树脂是饱和电抗器的薄弱环节,铁芯发热造成环氧树脂的温升是限制饱和电抗器寿命的主要因素;±1 100 k V换流阀饱和电抗器的平均使用寿命约为48 a,满足国家电网公司对饱和电抗器产品的可靠性要求。     

新一代±800 kV/8 GW特高压直流换流阀用饱和电抗器温升试验及比对分析

为研究特高压直流输电工程换流阀用饱和电抗器的温升特性,掌握内部铁芯温度分布规律,分析了现有换流阀用饱和电抗器损耗及铁芯温升计算模型,提出了基于预埋光纤温度传感器的特高压直流换流阀用饱和电抗器温升试验方法,实现了对电抗器内部全部铁芯的直接温度测量。依托新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程,设计了高频电源等效铁芯损耗加载以及合成回路阀组件运行试验加载2种试验条件,分别测量了4种型号的换流阀饱和电抗器关键点温度,比对分析了铁芯温度分布特性。试验结果表明,2种试验加载方式下,饱和电抗器内部靠近进出水口位置铁芯温度低于其他位置的铁芯温度,各型号饱和电抗器温升特性规律基本一致;在换流阀运行条件下,各电抗器铁芯最高温度均小于90 ℃,外壳表面温度均小于75 ℃,满足工程要求。     

±1100 kV/5455 A特高压直流换流阀饱和电抗器散热设计与研究

饱和电抗器是换流阀中保护晶闸管的关键部件,运行时饱和电抗器铁心产生的损耗导致铁心温度升高,严重情况下会导致饱和电抗器失效,从而威胁换流阀的安全运行。为降低饱和电抗器铁心温度,确保特高压直流工程可靠性,必须研究铁心散热性能并优化饱和电抗器结构。首先,研究了壳式饱和电抗器内部结构,分析了铁心散热的机理;然后,通过对饱和电抗器内外部结构的优化,为±1 100 kV/5 455 A特高压直流工程设计开发了一款螺旋结构的饱和电抗器,运行时外壳周围形成多重散热风道,优化了散热效果;最后,基于光纤测温原理,在饱和电抗器样机内部铁心表面预埋测温光纤,并在合成试验平台上对饱和电抗器进行长期连续额定负荷运行工况下的铁心测温试验。结果表明:螺旋式饱和电抗器相比于普通壳式饱和电抗器铁心温度大大降低,满足特高压直流工程对饱和电抗器运行可靠性的要求。     

一种方形壳体式新型饱和电抗器研制与工程应用

饱和电抗器作为晶闸管换流阀的核心部件，主要用于抑制电流变化率、在高频电压冲击下分摊硅堆电压以及均衡换流阀电压分布的作用。西门子技术饱和电抗器结构复杂、水路接口多，随运行时间增加，工程中已多次出现漏水、二次电缆磨损、铁心硅钢片脱落、母排发热等问题，严重影响了直流系统安全稳定运行。文中以解决上述问题为目标，提出了一种用于工程改造替换进口电抗器的方形壳体式饱和电抗器设计方案，从饱和电抗器的关键参数设计、结构设计、水路设计和试验4方面，介绍了新型饱和电抗器的技术特点、性能指标和试验情况。该型饱和电抗器已在中国贵广和向上等直流工程中实现进口电抗器的批量替换，性能稳定，运行情况良好。同时也为后续新的高压直流工程换流阀设计提供了一种新的电抗器方案。     

巴西美丽山Ⅱ期直流工程用饱和电抗器铁心损耗优化与特性分析

巴西美丽山II期直流工程在工作频率、换流器拓扑、环境温度等方面与国内直流工程存在较大差异,若直接套用国内工程用饱和电抗器存在铁心损耗大、温升过高等问题。此外,饱和电抗器运行时温度较高一直是影响换流阀可靠性的潜在隐患。因此,亟需开展饱和电抗器的损耗优化研究,保证工程长期运行的可靠性。以巴西直流工程为切入点,开展了饱和电抗器铁心损耗研究,给出了一种通过调整铁心气隙减小铁心损耗的优化方法,分析了损耗降低机理,研制了饱和电抗器样机,结合仿真和试验分析手段,研究了调整电感值后饱和电抗器电气特性,验证了该方法的有效性。该优化方法不会影响饱和电抗器的外部结构和阀塔的整体结构设计,因此具有工程兼容性高、成本低的优点。同时,提供的优化思路不仅适用于巴西直流工程,也为不同直流工程用饱和电抗器的可行性分析提供理论指导,支持特高压直流工程换流阀前期设计以及技术改造。     

高压直流输电系统逆变侧阀饱和电抗器电气应力研究

为分析特高压直流输电工程中,逆变侧换流阀饱和电抗器的电气应力及损耗特性,建立了带反向恢复特性晶闸管模型和非线性饱和电抗器模型的高压直流输电逆变侧12脉动换流阀仿真模型。以锦屏—苏南±800kV/4 750 A直流输电工程使用的A5000换流阀为基础,计算了A5000换流阀工作在逆变状态时的电气应力和饱和电抗器损耗。结果表明,逆变侧换流阀承受较高的开通电压,电抗器的开通损耗远高于整流侧。但由于逆变侧换流阀承受较低的关断应力与断态应力,逆变侧的饱和电抗器损耗与整流侧总体相当。A5000换流阀可以在逆变状态下安全运行。     

高压直流换流阀用饱和电抗器性能研究

随着高压直流输电换流阀自主化的推进,换流阀饱和电抗器逐步实现了国产化并在工程中应用。为了进一步研究换流阀饱和电抗器的性能,文中结合某型式的±500 kV换流阀饱和电抗器,对饱和电抗器的水压耐受能力、直流损耗、饱和特性、温升水平、故障电流耐受能力及冲击电压下的阻抗特性等进行了研究,并将国产和进口饱和电抗器的各项性能进行了对比。结果显示,目前国产饱和电抗器的性能与进口电抗器并无差异,且部分性能指标优于进口电抗器,这既是国内厂家依托工程逐步提高的结果,也表明该型式的国产饱和电抗器的整体性能已达到国际先进水平,研究结果对后续特高压换流阀饱和电抗器的研制具有指导和借鉴意义。     

特高压直流换流阀非周期触发暂态特性分析

±800 kV/4 750 A特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)换流阀通过了型式试验。饱和电抗器是换流阀中晶闸管的串联保护元件,深入研究其电气特性对于提高换流阀的可靠性有重要意义。分析了特高压换流阀在非周期触发工况下,晶闸管开通物理过程及电气应力;分析了饱和电抗器各电气参数、铁芯电感和铁芯等值电阻动态过程对开通应力的影响。研究了饱和电抗器与晶闸管协调配合工作的原则,提出了饱和电抗器电气参数设计方法。仿真结果显示,饱和电抗器在非周期开通过程中起到了很好的保护作用,浪涌电流峰值及电流变化率均在晶闸管耐受范围内。     

±800 kV特高压直流锡盟站换流阀运行试验及特殊试验

±800 kV锡盟—泰州特高压直流输电工程是中国大气污染防治行动计划的12个重点项目之一,换流站直流额定电压±800 kV,额定电流6 250 A,输电能力达到1万MW,是世界上第1条千万千瓦级的特高压直流输电工程。为保障直流输电系统运行的安全性与可靠性,在换流阀安装投运前产品必须通过型式试验的验证。西安高压电器研究院利用换流阀运行试验合成回路,模拟特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了锡盟站晶闸管阀的运行型式试验和附加特殊试验,验证了锡盟工程换流阀的设计可靠性,相关试验数据为晶闸管和换流阀的生产商及相关技术人员提供了设计参考。     

±800kV特高压直流输电控制保护系统分析

为探讨特高压直流(UHVDC)控制保护与常规高压直流(HVDC)控制保护的异同点,深入分析了特高压直流控制保护系统的独有特点。以向上特高压直流输电工程为例,介绍了特高压直流控制保护系统的框架、配置特点以及与常规高压直流控制保护系统的异同,分析了特高压直流在功率补偿、阀组控制、换流单元的在线投退策略、融冰运行模式等方面控制算法的变化,最后阐述了基于常规高压直流保护改进的换流变压器压器饱和保护和最后断路器保护原理以及特高压直流特有的保护功能。分析结果表明,特高压直流采用双12脉动阀串联结构,并增加了旁路开关等阀连接母线区,其一次系统接线的独有特点及更高可靠性的要求是特高压直流控制保护系统与常规高压直流控制保护系统有所区别的主要原因。DCC800特高压直流控制保护系统拥有控制UHVDC串联阀组的能力,增加了阀组之间的协调控制和保护,使特高压运行方式更具灵活性和多样性;特高压直流采用"三取二"保护原理和冗余的增强型时分多路复用(eTDM)总线,并较好地解决了主机死机的问题,整体可靠性更高。     

超高压直流运行经验及分析

特高压直流输电示范工程,容量大,可靠性指标要求高,许多设备是首次研制生产,没有运行经验,且换流变压器、换流阀、平波电抗器等换流站主设备与控制及保护系统在可靠性和运行维护等方面的要求比常规直流设备更高,因此需要从以往的常规直流输电工程中汲取经验教训.根据2000年后投运的国网公司所辖直流输电工程运行情况,对已投运的换流站...     

直流输电阀电抗器绝缘耐受试验的研究

通过对阳极饱和电抗器的绝缘耐受试验回路和试验方法进行研究,精确、可靠地对ETT（电触发晶闸管）、LTT（光触发晶闸管）换流阀用阳极饱和电抗器进行了以1次/s的速率持续8 h施加冲击电压的绝缘耐受试验。试验结果为超、特高压直流工程换流阀的设计提供了可靠的计算数据和设计依据,供工程技术人员参考。     

UHVDC换流阀及其晶闸管元件试验程序的优化

±800 kVUHVDC 换流阀与常规±500 kV 及以下等级的换流阀比较, 在质量及可靠性方面提出了更高的要求。有必要对换流阀及其晶闸管元件的型式试验内容、程序及方法进行有针对性的分析。文齐介绍了±800 kV 特高压直流工程换流阀及所采用的6 英寸晶闸管元件的特性, 对常规直流工程中换流阀的型式试验工程经验进行了总结。针对特高压直流工程换流阀的特点, 提出试验程序的优化及关键控制点, 为UHVDC换流阀提供质量保证依据。     

向家坝-上海特高压直流输电工程直流回路的谐振研究

通过对换流阀、平波电抗器、直流滤波器(DCF)、输电线路等直流输电系统关键组成部分的研究, 建立了计算UHVDC 系统阻抗频率曲线所需要的模型。计算采用PSCAD/EMTDC 模拟, 换流阀、平波电抗器、DCF采用集总参数模型, 输电线路采用扩展Bergeron 分布参数模型。利用此方法, 完成了向家坝—上海特高压直流输电工程的阻抗- 频率特性曲线的计算, 并给出了长距离特高压直流输电工程发生直流谐振的解决方案。     

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。     

HVDC整流侧阀饱和电抗器铁损仿真研究

建立了用以研究直流输送电流对饱和电抗器铁心损耗影响的,包含带反向恢复特性的晶闸管模型与非线性饱和电抗器模型的12脉动高压直流输电换流阀仿真模型,其中饱和电抗器模型是由非线性电阻模型与受控电流源并联构成的。以锦屏—苏南±800 kV/4 750 A高压直流输电工程整流侧使用的A5000换流阀为例,仿真了3组不同直流线路电流条件下饱和电抗器铁心损耗,仿真结果与现场实测数据相符。饱和电抗器的铁损不仅包括换流阀开通时产生的铁损,在换流阀关断以及断态时也会产生铁损。饱和电抗器铁损随直流电流的升高而增加。     

一种晶闸管换流阀技术改造及工程应用

当前特高压直流输电容量越来越大,±800 k V/5 000 A特高压直流输电工程的额定容量已经达到8 000 MW,规划建设的后续±1 100 k V特高压直流工程容量可达11 000 MW,传输容量在受端电网所占容量比重也越来越高。在当前受端电网"弱交强直"的基本局面下,特高压直流输电工程运行的可靠性尤为重要。国家电网公司在运直流输电工程存在多种换流阀方案,近年来,某国外品牌技术路线特高压换流阀在运行过程中出现多次事故,给电网安全稳定运行带来极大影响,因此亟需对该方案换流阀进行技术改造,以提升其运行的稳定性和可靠性。结合工程实际,详细阐明改造方案,围绕其关键问题——晶闸管触发检测单元设计的缺陷,给出改造意见,并对相配套的阻尼电阻和阀模块绝缘配合重新进行设计,为验证改造方案的可行性,给出验证结果及型式试验结论。工程投运结果表明,改造后换流阀可靠性得到提高。     

±800 kV特高压直流输电用6英寸大功率晶闸管换流阀

现如今,中国有多条±800 kV特高压直流输电项目正在建设或正在规划之中。较高的输电电压及其较高的稳态、瞬态过压而产生的晶闸管换流阀绝缘设计难点已在云南—广东±800 kV/5 000 MW直流输电工程中得到了研究和解决,但是在向家坝—上海特高压直流输电±800 kV/6 400 MW工程中,必须采用更大功率的晶闸管,才能满足额定电流4 000 A的要求。为了满足实际工程需要,基于硅片的新一代6英寸大功率晶闸管应运而生,同时,为了满足更高直流电流的要求,在晶闸管换流阀设计中,应用了相关新的设计技术。笔者介绍了向家坝—上海特高压直流输电工程中复龙站晶闸管换流阀设计,包括阀的结构、电气设计、机械设计、阀内部电器件选择等,另外,对6英寸晶闸管的特点作了介绍。复龙站换流阀型式试验已分别在德国西门子、中国西安高压电器研究院有限责任公司完成,试验结果表明,基于6英寸晶闸管的向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程复龙站换流阀设计可靠,可保证向家坝—上海输电工程复龙站换流阀的长期、可靠运行。     

±800kV换流阀组件内关键部位电位分布测量与分析

随着±500 k V直流输电工程在中国电网上的可靠运行,直流输电的节能性、可靠性、稳定性得到验证;随着多项±800 k V特高压直流输电工程的顺利建成,中国在特高压直流输电线路的建设和工程运行中积累了丰富的经验。直流输电发展趋势向着超高电压、大电流(3 000~4 500 A)方向发展,超高电压、大电流的直流输电换流阀的制造主要依靠国外技术。为了研制超高电压、大电流的直流输电换流阀,就必须研究超高电压、大电流的直流输电换流阀的结构、技术参数,借鉴先进技术,取长补短,研制拥有自主知识产权的新型超高电压、大电流的直流输电换流阀,满足市场需要。研究±800 k V换流阀组件内电位分布的特性,为换流阀设计提供可靠、准确的设计依据;研究测量电位分布的的方法及测试技术,为进一步研究换流阀的电位分布积累基础数据。