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。     

高压直流换流阀用饱和电抗器的暂态电路仿真模型

为了定量研究高压直流(HVDC)换流阀的开通和关断电气应力,建立了饱和电抗器的暂态电路仿真模型。将饱和电抗器模型等效为1台空载变压器,其漏感和励磁电感分别对应于饱和电抗器的空心电感和铁芯电感;为了避免微分运算带来的误差,将饱和电抗器的非线性铁芯电感等效为伏秒数受控的电流源模型,这样不仅可以提高运算精度,而且可以增强求解过程的收敛稳定性;在传统波穿透理论基础上,进一步考虑了硅钢片"由内而外"的径向逐渐饱和过程,给出了饱和电抗器的涡流电阻模型,大大提高了仿真模型的准确度。通过电容器冲击放电试验验证了饱和电抗器电路仿真模型的优越性。     

高压直流换流阀饱和电抗器脉冲电应力仿真研究

随着高压直流输电技术的发展和国产化饱和电抗器的大量投用,饱和电抗器的安全问题和寿命特性日益引起关注。在换流阀开通瞬间饱和电抗器绕组内电流会发生突变,并在绕组上感生出微秒级脉冲高压,饱和电抗器匝间绝缘长期承受脉冲电压应力的作用。目前,仍无法对该脉冲电应力进行实际测量,因此微秒级脉冲电压对饱和电抗器绝缘的作用机理仍无定论。故文中以锦屏—苏南±800 kV/4 750 A高压直流输电工程整流侧A5000换流阀用饱和电抗器为研究对象,基于饱和电抗器实际结构尺寸和端口电压、电流波形实测数据,通过脉冲传输理论和分布参数等效电路计算了饱和电抗器在脉冲电压作用下的匝间电压分布,并通过有限元方法研究了瞬态电场分布。结果表明:微秒级脉冲电压在饱和电抗器绕组内分布不均匀,首匝线圈电压比其他匝高出14%;瞬态电场峰值约2.08 kV/mm,电场最强的点的物理位置贴近线圈表面。     

一种±800kV直流换流阀技术改进方案及验证

哈密—郑州±800 kV直流输电工程哈密南换流站极Ⅱ低端换流阀技术改进工程是国内首次对国外品牌换流阀进行技术改进的工程。首先对原国外品牌换流阀的技术缺陷及相应技术改进方案进行了介绍。然后对工程现场分系统调试、站系统调试和系统调试等方案的设计和主要创新点进行梳理。最后对工程现场调式情况进行了介绍,结果显示,改进后的换流阀直流均压电阻运行温度显著降低,晶闸管状态检测机制更加完善。试验中未出现保护误动作或故障跳闸等错误,未出现换相失败等异常问题,改进后的换流阀性能参数满足工程设计要求。     

特高压换流阀用饱和电抗器的振动研究与优化方案

随着特高压直流输电技术的不断发展,输送容量又达到了新的高度,作为晶闸管换流阀核心部件之一的饱和电抗器,起到了抑制电流变化率、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。电抗器在实际运行过程中产生的振动,会引起噪音、同时造成连接水管摩擦漏水等一系列的危害。文中分析了电抗器产生振动的原因;利用Ansys仿真软件对换流阀饱和电抗器进行电磁场及谐响应仿真分析,计算出电磁力和振动位移,提出了减振优化方案,并通过试验和仿真验证其可行性,使电抗器振动有效减小,为后续的优化设计提供了参考。     

晶闸管换流阀饱和电抗器磁饱和特性的仿真分析

应用电磁场有限元仿真工具,建立了阀饱和电抗器的静磁场模型和场-路耦合模型,计算了饱和电抗器的有效电感和电压时间面积,并对其中的铁芯磁饱和特性进行了仿真分析。     

高压直流换流阀电抗器异常放电研究

±500 kV直流输电工程在电网已运行多年,直流输电的节能性、可靠性、稳定性得到验证,但随着运行时间的增长,个别换流阀核心器件电抗器出现运行异常的情况。针对某±500 kV换流站一起换流阀电抗器异常放电现象开展原因分析,并提出可应用于工程的解决方法。首先对异常放电的电抗器进行勘察,确定放电位置,并对比同阀厅未出现异常的电抗器,分析异常放电的原因。然后提出增加屏蔽环的整改措施,并通过仿真和试验,验证了所设计的金属屏蔽环对电抗器的电场分布有明显改善效果,对后续电抗器的运行维护、设计提供参考。     

高压直流换流阀阳极电抗器缺陷分析

针对某±500 kV换流站发生的一起换流阀阳极电抗器缺陷开展缺陷原因和产生机理分析.首先对缺陷阳极电抗器和投运阳极电抗器、备品阳极电抗器进行参数测量,测量结果的对比分析表明:20层以内铁心硅钢片脱落使得电感值偏小,但在要求范围之内.然后对缺陷阳极电抗器开展解体检查,分析缺陷产生的直接原因和根本原因,结果表明:渗漏水的直...     

HVDC换流阀用饱和电抗器的建模及仿真

电路仿真是实现HVDC换流阀优化设计的最主要手段,饱和电抗器作为换流阀中保护晶闸管的主要器件,其电路模型的准确与否关系到整个换流阀仿真的准确性。饱和电抗器的电路模型可以等效为非线性电感与非线性电阻的并联。本文利用磁性材料的BH曲线,获得了饱和电抗器的非线性电感特性,通过分析冲击放电试验结果获得了饱和电抗器的电阻特性,从而建立了饱和电抗器的等值电路模型。通过仿真不同电压等级的冲击放电试验,结果与试验一致,从而验证了模型的有效性。     

特高压直流换流阀电抗器端子发热问题探析

在电力的传输过程中,传输距离越长,电能损耗越大,对于这个问题,可以通过提高电压的方式进行解决,高压乃至特高压输电技术也因此得到了发展。就目前而言,高压直流输电中的直流电流已经达到了5 000 A,在提高输电效率、减少电能损耗的同时,也使得一些核心通流器件的设计裕度越来越小,偶尔还会出现换流阀电抗器端子过热的问题,影响输电安全。对特高压直流换流阀电抗器端子的发热问题进行深入探究,提出相应的解决策略。     

特高压直流换流阀电抗器端子发热问题研究

高压直流输电工程的直流电流已从3 000 A逐步增大到5 000 A,一些关键通流器件(如阀电抗器)的设计裕度变得越来越小,甚至出现少量阀电抗器端子过热的情况。针对特高压大组件换流阀电抗器端子发热的问题,理论分析了端子发热的主要原因,并建立了Ansys热场仿真模型,同时对增加U型母线后的电抗器端子及其连接母线进行了相关试验,结果表明在电抗器端子处增加U型母线能够有效降低端子处的温度,是一种值得推荐的解决大组件阀电抗器端子发热的有效方法。     

特高压换流阀阳极饱和电抗器动态铁芯损耗模拟

阳极饱和电抗器作为特高压直流输电关键装备,其铁芯损耗直接影响换流阀的安全运行.以动态铁芯损耗模型为基础,基于有限元法开展电抗器铁芯损耗计算和涡流分析.应用复合B-H传感技术搭建二维磁特性测量装置,测量超薄硅钢片在高磁通密度下的磁化曲线、比总损耗曲线等磁特性参数.基于电磁有限元仿真,建立阳极饱和电抗器铁芯均质化模型,计算...     

特高压直流换流阀饱和电抗器振动声纹特性与松动程度声纹检测方法

饱和电抗器作为特高压直流换流阀的核心装备,运行中产生的振动声音包含大量的信息,其状态评估对换流阀的安全运行具有重要意义。该文提出一种基于优化S变换和改进深度残差收缩网络的饱和电抗器铁心松动程度声纹识别模型。首先开展了高频脉冲激励下的饱和电抗器振动试验,并测量了不同铁心松动程度下的声纹信号;其次在声信号频谱主值区间内,根据能量聚集性优化高斯窗参数来提高声纹图谱的时频分辨率;然后对松动后的声纹特性进行分析,发现高低频比和低频分量主频占比两个特征指标仅能对松动程度较高的状态做出预警;最后采用五个不同方位测点的铁心松动数据代入基于自适应参数修正线性单元的改进深度残差收缩网络中进行训练,来消除声纹图中的冗余信息,并对不同松动程度下的特征进行独立映射,从而增强共同特征的学习能力。研究结果表明,该文模型对电抗器不同铁心松动程度的平均识别准确率达到95.93%,优于传统深度学习算法,可为饱和电抗器在线监测提供重要依据。     

柔性直流换流阀

正柔性直流换流阀是柔性直流输电系统的核心设备。采用半桥式子模块的模块化多电平VSC结构,使用空气绝缘、水冷却的户内自立式换流阀塔,实现交流与直流的灵活转换。采用IGBT作为换流元件,成套装备由子模块、阀段、阀塔和高速阀控系统构成。     

柔性直流换流阀改进运行试验方法

为了实现对柔性直流换流阀更准确的综合应力考核,针对换流阀中含有二次环流等分量的阀电流,提出了柔性直流换流阀改进运行试验方法,可满足不同功率等级下柔性直流换流阀含有不同特征电流运行工况的试验要求。首先,对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析,重点分析了换流阀的电流特征;其次,结合应力分析,考虑到实际工程中换流阀运行时未投入环流抑制时的桥臂电流中包含较大的二倍频分量的工况,在柔性直流换流阀的阀段试验装置和不增加试验成本的基础上,通过调制控制策略,提出了针对含二次环流分量的阀电流应力和电压应力考核的试验方法,并阐述了其运行机理;最后,搭建了实际的试验系统,并进行了验证。试验结果表明,该柔性直流换流阀改进运行试验方法具有可行性和有效性。     

±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。     

一种强制换流型混合直流断路器方案

作为高压直流输电的关键设备之一,直流断路器受到了广泛的关注。混合直流断路器继承了机械断路器通态损耗低与固态断路器开断迅速的特点,是目前直流断路器研究的主要方向。文中着重分析了影响基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器开断速度的因素,针对辅助换流电路中缓冲电容放电回流影响机械断路器动作时间以及能量吸收电路吸收能量的时间问题,提出一种强制换流型混合断路器方案,该方案能够防止缓冲电容电流回流,同时减少避雷器吸收能量所用时间。对该断路器各个工作阶段的数学模型进行了数值分析,通过Pscad/EMTDC软件对故障状态混合断路器开断过程进行仿真,并且与典型强制混合直流断路器开断过程进行比较,验证了该方案切实可行。     

一种基于直流输电换流阀阀控设备的触发测试系统

为了解决传统阀控设备触发功能测试中存在的测试效率偏低及测试质量不足的问题,引入自动化测试方法设计测试系统,以避免繁琐的人工操作,减少测试中的人为因素,并保证测试案例的一致性。针对阀控触发性能难以判断及触发状态复现困难的问题,采用算法对触发数据进行处理并输出统计图表,以实现触发性能的可视化,触发状态的快速复现及触发问题的准确定位。该系统有效地提高了阀控设备触发功能测试的效率,为检验阀控系统的触发性能提供了可靠的依据。     

±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。