高压柔性直流换流阀工业设计

为提升柔性直流换流阀的产品质量和附加值,研究其工业设计方法具有重要意义。分析±320 kV柔性直流换流阀子模块、阀模块、阀塔的设计方案,从功能、结构、造型、人机、装配、成本、涂装等方面提出合理的设计方法。采用技术和设计并行的设计流程,基于功能和人机工程学的“减法”设计方法对±500 kV换流阀进行工业设计创新,通过分析与实验验证,设计方案应用于工程样机。通过对比分析总结出的工业设计方案,可以从知识角度保证设计方案具有更优的质量;同时将工业设计融入高新技术研发过程,对产品设计创新和新技术产业化具有重要影响力。     

模块化多电平换流阀子模块旁路方案设计

模块化多电平电压源型换流阀（Modular Multi-level Converter, MMC）作为±800kV特高压柔性直流输电系统中的关键设备,其子模块的可靠性直接影响到整个系统的安全稳定运行。本文系统设计了基于永磁双驱动旁路开关的主动旁路方案,设计了基于双向转折晶闸管的被动旁路方案。结合主动旁路的经济性和被动旁路的可靠性,设计了分级旁路方案。试验结果表明,主动旁路方案能主动下发旁路命令可靠旁路故障子模块;在主动旁路方案失效的情况下,被动旁路方案可靠旁路故障子模块,解决了因子模块单一故障引起换流系统跳闸的难题,为±800kV特高压柔性直流换流阀工程实施提供了设计指导。#$NL关键词：柔性直流;模块化多电平;换流阀;旁路方案 #$NL中图分类号:TM711 文献标志码:A 文章编号:     

±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。     

±1 100 kV特高压直流换流阀多重阀绝缘试验用宽频等效负载研制

针对±1 100 kV换流阀绝缘试验中的多重阀试验设计了一套等效负载,替代部分换流阀模块,用以解决多重阀试验中试验电压等级高、试验设备数量多、试验回路尺寸大、试验实施复杂的难题。通过仿真验证了所设计等效负载参数可以满足±1 100 kV换流阀工程试验需要,推荐了进行多重阀直流试验、操作冲击试验和雷电冲击试验的试验方法。     

±1 100 kV特高压直流输电换流阀运行试验研究

随着电网电压等级和传输容量的提高,特高压直流输电工程的电压等级也随之提高, 研发更高电压等级、更高容量直流输电线路及相关设备的需求也更加迫切。为此,国网智能电网研究院完成了±1100 kV特高压直流换流阀的研制。对±1 100 kV特高压直流换流阀运行试验项目和实际试验参数进行全面介绍,阐述了换流阀合成试验方法,并展示了试验波形。试验结果表明,该±1 100 kV/5 000 A特高压直流换流阀样机顺利通过试验考核,设计合理。     

525 kV/3000 MW柔性直流输电IGCT-MMC换流阀研制

基于IGCT的柔性直流输电模块化多电平换流阀(MMC)具有低成本、低损耗、高可靠等潜在优势,在未来陆上大规模新能源送出以及深远海风电并网等应用中具有广阔的前景。在对比集成门极换流晶闸管(IGCT)和绝缘栅型双极晶体管(IGBT)两类功率器件技术性能基础上,介绍了±525 kV/3000 MW柔性直流输电IGCT-MMC换流阀的产品设计。依据IEC 62501标准,完成了IGCT-MMC换流阀产品的第三方见证试验。试验结果表明,所研制的IGCT-MMC换流阀产品技术性能符合设计要求。     

±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。     

海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗研究

海上风电柔性直流送出是目前柔性直流输电领域的研究热点,损耗是柔性直流换流站的一个重要技术指标,关系着柔性直流系统的输电效率和换流阀的设计。针对输电容量为1000 MW的海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗特性,研究了换流阀损耗的计算方法和关键计算参数的获取方法,计算得到了换流阀损耗的组成和±320 kV/1000 MW海上风电柔性直流送出工程送/受端换流站换流阀的损耗率。同时,研究了联接变压器阀侧三次谐波注入、换流器调制比和直流极线电压对换流阀损耗率的影响,结果表明:在联接变压器阀侧注入三次谐波和增大换流器调制比可减小换流阀损耗率;在相同输送容量的前提下,增大直流极线电压可减小换流阀损耗率。     

新闻

<正>特变电工成功研制出世界首个特高压柔性直流换流阀我国大型能源装备制造企业特变电工,近日成功研制出世界首个特高压柔性直流输电换流阀,标志着特变电工在国际上首次将柔性直流技术,从现有的最高等级±350kV提高到±800kV特高压等级,送电容量从现有的最高100万kW等级提升至500万kW,开启了直流输电的新时代。该产品日前通过中国电力科学研究院查新确认为世界首个换流阀。换流阀是柔性直流输电的心脏,是直流电和交流电相互转换的     

模块化多电平柔性直流换流阀寄生电容提取及分布特性研究

模块化多电平柔性直流换流阀的寄生电容是构成换流阀宽频等效电路模型的重要参数,影响换流阀内部瞬态电压分布是否均匀。为此,需要准确提取出换流阀的寄生电容。该文提出寄生电容的提取方法,并验证方法准确性;此方法结合换流阀的结构对称性,简化离散电容矩阵,详细给出基于有限元理论的电容容值计算公式。以国内某±420kV/1250MW模块化多电平柔性直流换流阀为例,对换流阀的寄生电容进行详细分类和计算,并给出其典型的电容值;获得换流阀的均压环和子模块自身及相互之间、以及对阀厅的电容分布特性。结果表明同层同阀段相邻子模块之间的电容值最大,约为100pF。     

柔性直流换流站阀厅设备温度监测

换流阀是直流输电系统的核心设备,阀厅设备温度监测对于保证换流阀的安全正常运行具有重要意义。以±200 kV舟山多端柔性直流输电工程为背景,阐述换流站阀厅的结构及阀厅设备特点,提出3种阀厅设备测温方案（红外测温、光纤测温、无线测温）,通过技术安全比较,得出红外测温方案不影响阀体结构,且能满足监测要求,该文推荐柔性直流阀厅设备测温采用红外测温方式。     

架空线柔性直流电网的直流短路电流限制研究

建立了±500 kV架空线柔性直流电网的电磁暂态仿真模型,较为详细地计算、分析、比较了极间短路等严重故障下的短路电流与换流站闭锁时间。研究结果表明,合理地配置限流电抗器是限制短路电流、防止多个换流站闭锁的有效手段。研究了限流电抗器的配置方案以及改进的限流措施,使得站外直流线路故障不会造成任何换流站闭锁,满足设计与运行的要求。     

高压大容量柔性直流电网换流站阀厅空气净距计算及紧凑化布局设计

高压大容量柔性直流电网工程因设有直流断路器,导致其阀厅空气间隙与空间布局和以往柔性直流工程有显著不同.针对高压大容量柔性直流电网特点,对阀厅空气净距计算及紧凑化布局设计开展研究.采用g参数法对非标准气象条件下空气间隙的放电特性进行修正,提出了求取最大空气净距时的阀厅温、湿度取值方法,提出了含直流断路器的高压大容量阀厅紧...     

±800 kV特高压直流工程创新实践

建设 ±800 kV特高压直流输电示范工程是目前国家电网公司的主要任务,目标是将中国西南部清洁的水电能源输送到东部的能源负荷中心,切实贯彻国家“西电东送”的总体能源战略政策。国家电网公司在 ±800 kV特高压直流输电示范工程的设计与建设的实践中,采用大量的不同于以往常规直流工程的新的设计理念和技术,这些新的设计特点将对后续的直流工程起到很好的借鉴作用。该文对这些特点进行详细论述,涉及方面包括主回路设计、直流主设备(包括晶闸管换流阀、换流变压器和平波电抗器等)、控制保护、提高可靠性与可用度的措施、阀厅与换流区域的优化设计、直流滤波器与直流场的特点、噪声控制、接地的设计创新、融冰的设计创新等。     

±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.     

±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。     

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。     

±1100 kV直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管关键技术研究

±1100 k V直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管(以下简称±1100 k V直流穿墙套管)为目前世界电压等级最高的直流设备,也是直流输电系统中的关键设备。依托昌吉至古泉±1100 k V特高压直流输电工程,以±1100 k V直流穿墙套管为研究对象,建立了套管的三维物理模型,从直流绝缘材料、电场强度、机械强度及温度场等方面进行优化设计,并制造了±1100 k V直流穿墙套管样机。该样机顺利通过了全套型式试验验证,其各项性能指标均满足工程要求。通过该套管的研制,掌握了特高压直流SF_6气体穿墙套管的关键技术,并可以推广应用到其他电压等级产品中。