直流输电换流阀防火及灭火系统方案设计研究∗

换流阀作为直流输电工程的核心设备之一,其可靠稳定运行对直流输电系统显得尤为重要.换流阀本体主要采用户内安装、悬吊式设计,其整体结构复杂,电气和机械接头繁多,并长期运行在高电压、大电流、强电磁场环境下,阀塔内非阻燃材料、器件故障、接头发热、水路或局部放电等导致的火灾时有发生.为此,分析梳理换流阀火灾发生机理,制定换流阀的年度检修、抽检测试等运维防火措施,提出一种近距离、安全高效的阀塔自动升降灭火系统设计方案,该方案采用清洁、无二次污染的全氟己酮灭火剂介质,依据不同的悬吊布置方式设计了剪叉式和支撑式两种升降灭火结构,其结构设计有效减少灭火后挫力,保障灭火时的精准稳定性,同时结合阀厅火灾报警信息判断相应的起火阀塔,以及阀组及空调等停运状态信息连锁控制,安全可靠启动灭火升降系统,自动跟踪阀层着火点开展高效灭火,有效避免阀塔火情扩大,降低了火灾损失.     

42kV±120Mvar STATCOM 阀塔结构设计

介绍了STATCOM 无功补偿装置阀塔结构,从阀塔结构出发,分析了阀塔各部分组成、功能,重点说明阀塔阀模段、阀模块、水冷系统等设计过程,并对阀塔进行抗震仿真分析,验证阀塔结构设计的可靠性。     

海上柔直换流阀塔运行期间的振动性能研究

海上换流阀在运行期间的安全性关系到海洋风电的有效输送.为研究支撑式海上换流阀塔运行期间的结构响应,依据某工程中的海上柔直换流阀建立有限元模型,通过模态分析和时程分析,研究了换流阀塔的自身振动特性和在环境荷载作用下的动力响应.结果表明,换流阀塔弱轴振动方向为连接前后两个单塔的方向,外荷载作用下将在此方向产生较大动力响应,...     

柔性直流输电换流阀阀塔电场分布与结构设计研究

为研究高压柔性直流输电换流阀阀塔不同结构设计时表面电场分布情况,采用有限元ANSYS对换流阀阀塔静电场进行仿真计算。首先分析了顶部均压环在不同管径下的电场分布情况,各管径下顶部均压环电场分布近似,顶部均压环拐角内侧可不添加小型均压环。然后研究了板状屏蔽罩与管状屏蔽罩的电场分布,两种屏蔽系统下对阀塔均有良好的屏蔽能力,板状屏蔽系统略好于管状屏蔽系统。最后分析了阀塔底部法兰电场分布,该分布主要集中在其相连接斜拉绝缘子鼓包处。该研究为后续高压柔性直流输电换流阀阀塔设计提供了准确的设计思路及详细的参考方向。     

鲁西500 kV背靠背换流站阀控系统设计

介绍了鲁西500kV背靠背换流站工程中云南侧柔性直流换流阀的设计和阀控系统的总体结构设计与接口设计,并分析了换流阀顺序控制系统的工作流程。     

换流变压器阀侧套管选型技术

换流变压器阀侧套管承接着换流变压器阀侧出线内外绝缘,是支撑换流变压器长期稳定运行的核心元件.针对在运直流输电工程中阀侧套管发生的质量缺陷和现有行业标准的不足,通过调研目前国内直流输电工程3种典型绝缘结构换流变阀侧套管的技术要点,系统归纳了换流变阀侧套管的绝缘结构设计、耐热载流能力设计及绝缘材料选择、与阀侧引线对接配套、密封结构及机械强度设计、与阀厅封堵组合、户外端金具连接匹配等6项设备选型技术要点,提出了阀侧套管排产过程的品质控制针对性措施建议.相关研究成果指导了在建直流输电工程国产化换流变压器阀侧套管的选型应用.     

有限元分析在特高压换流阀塔结构抗震设计中的应用

悬吊式阀塔抗震特性是换流阀可靠性设计中必须考虑的关键问题,对换流阀运行可靠性有着至关重要的影响。应用Ansys Workbench建立阀塔有限元模型,分别进行静力分析、模态分析、地震响应谱分析。通过对阀塔组件材料的强度校核,得出文中所提出的阀塔强度满足抗震设计要求的结论。为换流阀塔结构的抗震设计提供了完整的解决思路。     

±660kV直流输电工程换流阀控制系统的工作原理及工程应用

换流阀控制系统是直流输电系统的核心设备,主要起到触发、监视和保护换流阀的功能.以宁东-山东±660 kV直流输电工程为背景,阐述了换流阀控制系统的工作原理和设计特点,并对换流阀控制系统的现场运行情况进行了介绍,着重分析了调试及试运行期间阀基电子设备出现的问题,并提出了具体的解决措施和改进建议.     

±660 kV直流输电工程阀控系统设计与实现

阀控系统作为直流输电控制保护系统与换流阀之间的接口设备,对直流系统的稳定可靠运行起着重要作用.因此提高阀控系统的可靠性是设计阀控系统时要达到的首要目标.在介绍H400换流阀阀控系统组成结构和基本功能的基础上,详细介绍了H400换流阀阀控系统特有的高可靠性串行通信方式,并阐述了此种串行通信方式的实现方式和特点.这种通信方式已在宁东-山东±660 kV直流输电工程中成功应用,并取得了良好的效果.     

特高压直流输电中换流阀施工技术研究

介绍特高压直流输电的技术特点和特高压变电站换流阀安装施工技术,分析支撑式和悬吊式两种换流阀现场固定方式和换流阀安装施工技术特点,指出换流阀现场安装是换流阀投运的关键环节。     

悬吊式换流阀水路均流设计研究

换流阀阀塔内每层流量均布对功率器件的散热和散热效率至关重要。首先，根据塔水路结构布局，通过三维仿真软件Fluent对阀塔内部主水管进行流量-压差曲线仿真计算，并对曲线进行拟合得相应的流量压差函数，根据阀塔水路整体系统要求及主水管流量压差函数求解阀层流量压差函数，按此流量-压差函数指导阀层单元结构设计。其次，通过一维流体系统仿真软件对阀塔每层水路进行均流特性验证分析。最后，通过搭建阀塔水路测试平台，对比分析仿真结果和测试结果，验证仿真分析方法的可行性与正确性。研究结果可以为后续换流阀水路均流设计提供一种设计参考。     

基于有限元的模块化多电平换流器绝缘结构分析

模块化多电平柔性直流输电换流阀中分别采用了固体绝缘和空气绝缘结构,其中空气绝缘结构是比较薄弱的一个环节,实际运行或者试验中容易发生局部放电等绝缘故障.采用三维有限元电场计算方法,通过电场分布来分析模块化多电平柔性直流输电换流阀中空气绝缘结构.在换流阀空气绝缘结构分析中,分别对换流阀层间空气间隙中、换流阀外表面空气介质中以及阀厅中阀塔之间空气间隙中的电场进行计算.通过空气间隙中电场强度和电场分布情况来分析空气绝缘介质的绝缘强度,并指导换流阀绝缘结构的设计.     

直流输电换流阀系统表面电场分析与均压环设计

为避免直流输电换流阀塔结构放电,对阀塔结构设计了合适的均压环,该设计应用ANSYS软件建立换流阀屏蔽系统结构模型,采用伽辽金间接边界元方法分别对未加均压环的阀体结构与施加均压环的整体结构进行表面场强分析,具体分析了均压环的高度、位置、间距对阀箱体结构表面场强的影响,文中对不同的均压环设计方案进行比较,在满足一定约束条件下根据比较结果选择了合适方案,该方案下的均压环使阀箱体得到良好屏蔽且均压环无起晕现象。比较结果说明换流阀体结构外部均压环之间距离越大,阀箱体结构所对应的棱边中点场强越大,均压环的施加使阀箱体模型对应尖角部位表面场强大幅度减小且均压环高度越大,阀箱体尖角部位表面场强越小。     

±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进及U50试验

±1 100 kV直流换流阀相对目前电压等级最高的±800 kV直流换流阀电压有较大提高,为了确保外绝缘设计的可靠性,对±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进和换流阀外绝缘操作冲击电压放电特性进行了全面研究。首先通过改进屏蔽罩结构以实现屏蔽罩表面电场的合理分布,然后针对换流阀不同类型屏蔽罩分别制定外绝缘操作冲击电压试验方案,并设计了一种无晶闸管的操作冲击50%击穿电压(U_(50))试验阀塔,最后采用操作冲击U_(50)试验验证了换流阀外绝缘电气强度。结果表明,±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进设计合理,阀塔对墙的最小空气净距达到5 m其外绝缘强度即可达到要求的绝缘水平,实际阀厅的空气净距有较大的安全裕度。     

换流阀运行合成试验系统电压源辅助阀升级改造中双向开关阀的结构设计

介绍了在换流阀合成试验回路升级改造中,为满足开关阀的耐压升高一倍,占地空间不变且能适当降低成本的要求。在新开关阀的结构设计中,通过在组件中应用反并联晶闸管堆、公用RC回路、蓄电池、冲击均压电容、电抗器和结构支撑件,并进行结构优化,解决了组件中的机械应力集中、电磁干扰、均压、局放、防火及电解电流等方面的问题,实现了技术上的创新,设计出满足要求的新开关阀。     

±500 kV柔性直流换流阀冷却系统方案设计

张北柔性直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程.以张北柔性直流±500 kV延庆换流站为研究对象,详细论述了±500 kV柔性直流换流阀冷却系统的工艺流程、主要技术参数和设备特点,介绍了阀冷控制保护系统的结构、与站控接口特性及控制策略等,形成了±500 kV柔性直流换流阀冷却系统的整体方案,对同类工程的方案设计提出了完整的设计思路和方法,为我国柔性直流阀冷却技术发展及工程应用提供了有力支撑.     

±1100 kV/12 GW特高压换流阀屏蔽设计与工程应用

±1100 kV/12 GW特高压换流阀为目前世界上电压等级最高、输送容量最大的换流阀产品,为了确保外绝缘设计的可靠性,对±1100 kV/12 GW特高压换流阀屏蔽结构开展全新设计,并对换流阀外绝缘放电特性进行全面研究。首先引入有限元分析方法,将电场的场域问题转换成边界值问题,离散化后进行插值得到分布解,然后迭代出最优屏蔽结构。其次建立阀塔仿真模型进行电场仿真研究,结果表明采用的屏蔽结构使电场强度由原来的1.89 kV/mm减小到1.64 kV/mm,场强减小13.2%,电场分布效果更好。同时,对该屏蔽结构也开展了操作冲击U₅₀试验,验证了换流阀外绝缘电气强度。试验结果表明12 GW换流阀屏蔽罩结构设计合理,阀塔对墙的最小空气净距为6 m,满足该距离即可达到要求的绝缘水平,实际阀厅的空气净距有较大的安全裕度。     

±1 100 kV特高压直流输电换流阀研制及型式试验

为了研发更高电压等级、更高容量的直流输电线路及相关设备,中电普瑞电力工程有限公司完成了±1100kV特高压直流换流阀的研制。介绍了电气回路、触发与监控系统、换流阀冷却系统、阀塔结构设计,并给出了试验电路拓扑。所研制样机通过了型式试验验证。试验结果表明,该±1100kV／5000A特高压直流换流阀样机可满足工程应用,并具备一定的升级空间。     

±500 kV海上柔直换流阀轻型化设计及仿真分析北大核心CSCD

海上柔直换流阀的尺寸重量直接关系海上换流平台设计制造、制造成本,换流阀轻型化设计将是产品主要攻克技术之一。文中通过分析±500 kV 2 GW海上柔直换流阀常规设计,对比分析传统支撑式换流阀的结构特征;从功率模块、阀段和阀塔3个层面分析轻型化柔直换流阀设计方法,并通过采用有限元法仿真验证其工程可实施性,凸显其技术优势,对海上柔直换流阀推广应用具有重大影响。     

高压直流换流阀用集成式阻尼电容器设计与验证

阻尼电容作为晶闸管换流阀的重要组成元件,与阻尼电阻串联构成阻尼回路,并联于晶闸管两端,实现串联晶闸管的动态均压,抑制换相过冲,其参数及结构设计是换流阀设计的重要环节。针对换流阀小型化设计需求,提出一种集成式阻尼电容器设计方法。首先建立换流阀关断简化模型,采用解析法求解晶闸管最优阻容参数,并代入实际电路分析电容工作时的电气应力。然后,综合阻尼回路特点,提出扁平化集成式阻尼电容结构,并通过静电场仿真确定其壳体结构参数。最后,结合实际工程参数,从电气、结构两方面详细阐述扁平化集成式方形阻尼电容设计方法,并通过电容本体试验及在换流阀样机中的应用试验验证了所提方法的可行性。