±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。     

±1100 kV特高压直流换流阀冲击电压试验能力研究

为满足±1100 kV特高压直流换流阀绝缘型式试验要求,针对±1100 kV特高压换流阀冲击电压试验实施方法进行研究。采用伽辽金边界元法分析了冲击本体屏蔽罩的表面电场分布,依据试验室现有条件,研究屏蔽罩表面场强随其半径的变化规律,提出场强的控制措施,从而抑制电晕产生,防止阀试验大厅空气间隙的击穿。根据 IEC 标准,提出满足±1100 kV特高压换流阀冲击试验要求的电路拓扑,研究等效负载的设计,为±1100 kV特高压换流阀冲击试验的实施提供理论依据。     

典型特高压换流阀塔屏蔽装置电场仿真及对比分析

为研究实际阀厅布置中特高压换流阀塔屏蔽装置的电场分布规律,分析了某±800 k V直流输电工程不同阀厅中所用3种典型换流阀塔的结构特点,利用ANSYS仿真软件建立了各种阀塔的电场计算有限元等效模型,同时为考虑实际运行时阀厅内各设备间的相互影响,建立了3种换流阀塔各自所在阀厅的整体模型作为求解区域,计算了额定工况下阀厅内6组换流阀塔1个周期内的电位、电场分布,并对比了3种典型阀塔屏蔽装置的电场分布特点。研究结果表明3种换流阀塔的屏蔽装置在额定工况下表面电场强度最大值分别为1 599、1 007、1 515V/mm,均满足小于2 000 V/mm的控制场强要求;阀层弯边式分体屏蔽装置电场分布的均匀性优于阀层整体屏蔽型与单片式分体屏蔽型。     

±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究

采用静电场有限元数值方法,对自主研发的±500 kV柔性直流换流阀的内绝缘和外绝缘特性进行了分析计算。按照子模块最大保护电压,校核换流阀的内绝缘特性;按照阀支架雷电冲击试验,校核换流阀的外绝缘特性。计算结果表明,自主化±500 kV柔性直流换流阀阀塔内部空气中最大电场强度为1.017 kV/mm,屏蔽系统最大电场强度为1.619 kV/mm,底部支撑绝缘子处最大电场强度为2.941 kV/mm。以3 kV/mm作为起晕场强判据,雷电冲击试验下,阀支架无起晕现象。试验结果表明,采用当前换流阀设计方案,换流阀顺利通过型式试验,无闪络、击穿放电现象,冷却系统无损坏。研究结果为±500 kV柔性直流输电系统换流阀绝缘设计提供了参考。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

中国特高压换流阀关键技术取得突破

正±1100kV直流换流阀研制项目形成了自主知识产权的±1100kV及以上电压等级特高压换流阀关键技术的理论体系、综合指标优化的流程化设计体系和试验体系,最终完成具有自主知识产权的±1100kV特高压换流阀的研发。该项目成功研制了±1100kV/5500A换流阀样机,     

±500 kV柔性直流换流阀外绝缘最小安全距离及海拔校正试验研究

张北±500 kV柔性直流示范工程首次构建了四端柔性直流电网,±500 kV是世界上现有的柔性直流输电的最高电压等级,±500 kV柔性直流换流阀是柔性直流输电的核心设备,由于张北地处高海拔区域,确定柔直换流阀外绝缘在高海拔地区所需要的室内最小空气间隙距离,对本工程和未来换流阀阀厅建设及阀厅内电力装置的布置方式有重要意义。在中国北京某特高压直流试验基地对±500 kV柔性直流换流阀外绝缘进行了操作冲击放电试验,得到其操作冲击放电特性曲线。通过比较不同的海拔校正方法,探讨和提取适用于±500 kV柔性直流换流阀外绝缘的海拔校正因数。最后依据试验得到的±500 kV换流阀外绝缘操作冲击放电特性曲线计算其在张北2 100 m海拔高度下所需要的最小空气间隙距离。     

±1100 kV/12 GW特高压换流阀关键技术研究

随着特高压(UHV)直流输电技术的不断成熟和完善,输送容量又达到了新高度,总结了±1 100 kV/12 GW UHV换流阀设计所采用的关键技术,此处仅从换流阀关断特性研究、结温控制技术研究和型式试验展开分析,首先结合晶闸管特性和试验数据,提出了换流阀不同运行工况下反向恢复电荷修正函数;在此基础上根据换流阀内部拓扑结构,提出了晶闸管结温计算方法,建立了换流阀应力分析模型。所设计制造的±1 100 kV/12GW晶闸管换流阀,根据IEC 60700-1标准通过了全套型式试验,并应用于世界上第一条电压等级最高、输送容量最大的“昌吉-古泉±1 100 kV/12 GW UHV直流工程”,为后续UHV换流阀精益化设计奠定了良好基础。     

±1100kV特高压直流换流阀外绝缘操作冲击放电试验及海拔校正研究

目前,±1 100 kV是世界上直流输电中最高的电压等级。±1 100 kV直流换流阀作为核心设备,确定其外绝缘在不同海拔高度所需要的室内最小空气间隙距离有重要意义。在北京特高压直流试验基地对中电普瑞A5000系列产品的±1 100 kV特高压直流换流阀外绝缘进行了对虚拟墙和虚拟地的操作冲击放电试验,得到相应操作冲击放电特性曲线。由于现有条件不能满足在高海拔地区进行换流阀外绝缘的操作冲击试验,需要根据已有对长空气间隙进行的高海拔操作冲击试验研究结果,结合以往对海拔校正因数的研究,探讨和提取适用于±1 100 kV特高压直流换流阀外绝缘的海拔校正因数。最后依据在北京试验得到的±1 100 kV换流阀外绝缘操作冲击放电特性曲线计算了其在不同海拔高度下所需要的最小空气间隙距离。     

±1100kV特高压换流阀直流耐压试验方法研究

为满足±1 100kV特高压直流换流阀绝缘型式试验实施,针对±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验实施方法进行了研究,通过理论分析,仿真计算以及利用ANSYS有限元软件进行电场强度计算,依据现有试验条件,计算得出电场强度最大值为22kV/cm,低于空气击穿场强30kV/cm。若不考虑气候条件的影响,现有试验室空间、试验方法设计及设备满足±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验的要求。完成了满足IEC标准特高压换流阀直流耐压试验要求的试验原理及试验方法研究,为±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验的实施提供了理论依据。     

±1100kV干式平波电抗器电场分布和操作冲击放电特性

±1100 kV干式平波电抗器是特高压直流输电工程中关键主设备之一,为确定平波电抗器的外绝缘特性,开展了±1100 kV干式平波电抗器电场和操作冲击放电特性研究。首先,对±1100 kV平波电抗器的电场分布进行了仿真计算,在直流电压下,平波电抗器电位分布较为均匀,关键位置电场强度值均低于一般要求的1500 V/mm的经验值;然后,开展了干燥及模拟人工降雨下±1100 kV平波电抗器操作冲击放电试验,得到了其在安装不同管径均压环时的50%操作冲击放电电压U50%:随着均压环管径的增大U50%略微升高3.06%;随着雨量的增大,U50%呈降低趋势,大暴雨条件下的U50%较干燥情况下U50%相比降低4.7%;不同试验条件下±1100 kV平波电抗器的U50%均大于工程所需的2400 kV。由仿真与试验结果可得,±1100 kV平波电抗器设计能够满足工程的需要,同时研究结果为±1100 kV平波电抗器外绝缘参数的确定提供了参考。     

±1100kV特高压直流换流阀绝缘型式试验下的电场仿真及优化

为提高特高压直流换流阀塔绝缘可靠性、实现小安全裕度下换流阀绝缘的优化设计,以±1 100 k V直流换流阀作为研究对象,采用Solid Works及ANSYS混合建模技术,建立了换流阀塔的3维模型。对该模型进行单阀绝缘型式试验及多重阀直流耐压试验,得到其电场分布;并针对电场薄弱环节进行局部结构优化。研究结果表明:当选取2 700 k V/m作为换流阀厅内金具表面工作控制电场强度时,单阀绝缘型式试验中的屏蔽罩及横梁均存在电场薄弱环节,有可能产生电晕及放电现象;而多重阀直流耐压试验中不存在电场薄弱环节,不会产生电晕及放电现象。此外,增加横梁拐角、屏蔽罩侧边的倒角值以及在层间绝缘金具处添加均压环可以使得薄弱处电场强度低于控制值。     

±800 kV柔性直流换流阀阀塔均压优化设计

柔性直流输电工程已迈入特高压时代,现有柔性直流换流阀(VSC阀)的均压屏蔽设计已无法满足特高压应用场合。为解决±800 kV VSC阀塔顶部均压管母表面电场强度过大的问题,文中首先利用PTC Creo与ANSYS联合建模技术完成复杂阀塔结构的三维建模与静电场有限元仿真,通过增加与顶部均压管母等电位连接的顶部屏蔽板,有效降低阀塔顶部均压管母及子模块的表面电场强度。然后,提取顶部屏蔽板增加前后的阀塔对地寄生电容参数,分析顶部屏蔽板对操作冲击下模块电压分布的影响。最后,研究阀塔不同均压部件间距对最大电场强度分布的影响,完成±800 kV VSC阀塔均压优化设计,并在阀塔样机上进行冲击电压试验。文中所提优化措施提升了VSC阀在特高压应用场景的安全运行能力,为VSC阀在特高压柔性直流输电工程的应用及设计提供借鉴。     

±800kV柔性直流换流阀阀塔均压优化设计

柔性直流输电工程已迈入特高压时代,现有柔性直流换流阀(VSC阀)的均压屏蔽设计已无法满足特高压应用场合.为解决±800 kV VSC阀塔顶部均压管母表面电场强度过大的问题,文中首先利用PTC Creo与ANSYS联合建模技术完成复杂阀塔结构的三维建模与静电场有限元仿真,通过增加与顶部均压管母等电位连接的顶部屏蔽板,有效降低阀塔顶部均压管母及子模块的表面电场强度.然后,提取顶部屏蔽板增加前后的阀塔对地寄生电容参数,分析顶部屏蔽板对操作冲击下模块电压分布的影响.最后,研究阀塔不同均压部件间距对最大电场强度分布的影响,完成±800 kV VSC阀塔均压优化设计,并在阀塔样机上进行冲击电压试验.文中所提优化措施提升了VSC阀在特高压应用场景的安全运行能力,为VSC阀在特高压柔性直流输电工程的应用及设计提供借鉴.     

±1100kV特高压换流站阀厅均压屏蔽金具表面电场分析

为研究特高压±1 100 kV阀厅内各设备及均压屏蔽装置的电场分布,根据某±1 100 kV换流站高端阀厅初始设计方案及设备图纸,分析了高端阀厅内均压屏蔽装置的配置方案;运用有限元分析软件ANSYS建立了阀厅内二重阀塔等关键设备的3维有限元模型;利用瞬态场分析法计算了1个工频周期内阀厅的整体电位、电场分布,得到了阀厅内各设备均压屏蔽装置的表面电场强度。结果表明,二重阀塔阀层屏蔽板边缘电场强度最大值为2 137kV/m,其他设备均压屏蔽装置的表面电场强度均2 000 kV/m;±1 100 kV阀厅各设备的均压屏蔽装置基本达到设计要求。     

基于高海拔的±500 kV光触发换流阀外绝缘设计研究

当高压设备位于海拔1 000 m以上的高海拔地区时,就会引起电气设备外绝缘强度的降低。为了解决高海拔地区换流阀的外绝缘设计问题,文中结合云南永仁站(站址海拔1 800 m)±500 k V光触发晶闸管换流阀的外绝缘设计,采用g参数法计算了换流阀组件和阀塔内关键位置的最小空气净距,同时用Ansys软件进行仿真分析,并进行了相关试验验证。研究结果对换流阀的结构设计具有指导意义,同时也表明,永仁站换流阀的外绝缘设计合理,能够满足高海拔运行的要求。     

混合式高压直流断路器空间电场分布

为提高高压直流断路器阀塔绝缘设计可靠性,针对自主设计的±535 k V混合式高压直流断路器阀塔,采用CREO和ANSYS混合建模技术,搭建直流断路器阀塔的3维模型,并进行静电场求解。对该模型添加阀端间直流耐压试验电压,求解得到组件和屏蔽系统的电场;添加阀支架直流耐压试验电压,求解得到阀支架的电场;在电场最大区域添加考察线,考察场强最大值周围空间电场分布规律。求解得到：±535 k V混合式高压直流断路器的最大场强为2.748 k V/mm,位于底层直屏蔽罩的倒角位置;离电极表面20 mm,场强减小至1.4 k V/mm;离电极表面40 mm,场强减小至1 k V/mm;离电极表面100 mm,场强减小至0.5 k V/mm以下。结果表明：±535 k V断路器的整体电场满足电场控制要求值,电极周围空气间隙中场强快速衰减。研究结果为±535 k V混合式高压直流断路器绝缘结构设计提供了可靠支撑,具有重要的借鉴价值。     

±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度设计

基于空气净距及爬电距离,对直流穿墙套管外绝缘的空气净距、爬电距离等进行了研究,给出直流穿墙套管外绝缘长度设计原则,其外绝缘长度设计需同时满足空气净距及爬电距离的要求。根据设计原则,采用计算空气净距及爬电距离的设计方法,对昌吉站±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度进行了分析计算。结果表明,昌吉站±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度最小值为12.99m。     

±1100 kV特高压换流站阀厅金具空气净距计算研究

±1100 kV换流站阀厅空气净距的研究已经成为特高压直流输电工程设计中的关键问题之一,空气净距的决定因素是放电电压和海拔高度,g参数修正法综合考虑了大气压力、温度、湿度等因素的影响,对实际海拔下放电电压进行修正。文中基于g参数迭代法进行特高压直流阀厅金具空气安全净距的计算,并将该方法运用到准东换流站阀厅的空气净距设计中,给出阀厅内主要设备金具的空气净距值。为特高压换流站阀厅的建设提供了一定的依据。     

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。