±800 kV特高压柔性直流桥臂电抗器设计方法

依据大型干式空心电抗器设计理论,结合±800 kV特高压柔性直流桥臂电抗器运行工况和结构参数,计算得到了桥臂电抗器导线参数和包封分配电流参数。根据导线参数和包封分配电流参数计算结果,反复调试绕制工艺,控制制造工艺偏差,研制了桥臂电抗器样机,并对桥臂电抗器样机开展了分配电流试验验证和温升试验验证。分配电流试验结果表明,各包封分配电流实测值和理论计算值较为吻合,偏差率最大为48.5%,位于第7包封;偏差率最小为7.4%,位于最外层的第14包封。温升试验结果表明,各包封温升较为平衡,平均温升33.6 K、热点温升55.6 K,远小于工程允许值。该特高压柔性直流桥臂电抗器为行业内首次研发,型式试验合格,投运后运行状态良好,取得了良好的工程效果。     

特高压干式平波电抗器损耗与热点温升计算及试验研究

为综合分析特高压直流输电用干式平波电抗器的损耗与温升,获得其热点位置与热点温升,文中推导了平波电抗器各个包封中直流电流损耗与谐波电流损耗分布的计算方法。针对一台±800 kV/4 000 A特高压干式平波电抗器,分析了加载等效直流电流的温升试验工况下电抗器的损耗分布与实际运行中包含谐波损耗的损耗分布的差异。对温升试验工况下特高压干式平波电抗器的温度场进行了计算,获得其温升分布,通过相应的温升试验,验证了仿真计算结果的可靠性;最后,比较了运行工况与温升试验工况下特高压干式平波电抗器的温升分布的差异。结果表明:简单地应用等效直流温升试验来研究平波电抗器热点温升的方法是不合理的;应该大力研究混频电流的加载,提高温升试验的精确度。     

考虑谐波损耗特性的干式平波电抗器热效应模拟与验证

为研究谐波电流损耗特性对特高压干式平波电抗器热效应的影响,文中分析了干式平波电抗器的损耗机理,提出了其包封绕组直流损耗、交流损耗及涡流损耗和结构件涡流损耗的计算方法。通过将电磁损耗密度添加至温度场作为热源,建立了电磁—热多物理场映射关系,较准确地模拟了对流换热过程并实现了温升计算,最后开展了干式平波电抗器温升试验。研究结果表明:采用考虑谐波损耗特性的计算方法,计算值与试验值最大误差为9.1%,平均误差为4.34%,温升分布规律吻合较好,满足工程精度要求,为工程设计人员提供了相应的理论依据。     

基于等温等压法设计的大容量干式空心电抗器交、直流温升特性

针对干式空心电抗器在直流电流和交流电流下温升分布特征差异,依托于南方电网公司滇西北送电广东±800k V特高压直流输电工程,采用理论、仿真与试验相结合的方式,基于等温等压法大容量干式空心电抗器分别在全损耗等效直流电流和全损耗等效交流电流下开展了温升设计与试验。结果表明:首先,通过合理导线选型以及线圈本体结构设计,干式空心电抗器可同时满足全损耗等效直流温升试验和全损耗等效交流温升试验要求。其次,在全损耗等效直流温升试验下线圈本体温升明显高于全损耗等效交流温升试验。最后,金属辅件采用特殊设计结构,可保证交流温升试验下发热温度可控。研究成果可为后期交、直流复合干式空心电抗器的设计提供依据。     

±350kV柔性直流系统穿墙套管设计选型

结合±350 kV云南电网与南方电网主网异步联网鲁西背靠背柔性直流输电工程的系统特性,从系统对设备的适应性要求、参数配置、典型结构选型、监测装置、试验检验等方面提出了柔性直流系统用阀交流侧穿墙套管设计选型的关键技术原则。研究表明柔性直流工程用交直流穿墙套管设计时需要考虑系统拓扑及接地偏置引起的交直流电压叠加、多种运行方式变化造成的电压电流宽幅波动、套管安装位置对额定电流选取的影响等关键影响因素。分析了干式电容式或干式充气式两种典型穿墙套管结构形式,验证并提出套管用SF6压力监视表无需带温度补偿功能。研究成果已应用于云南电网与南方电网主网异步联网鲁西背靠背柔性直流输电工程用交、直流穿墙套管的设计开发。     

舟山多端柔性直流输电工程换流站内部暂态过电压

舟山多端柔性直流输电工程建成后将成为世界上第一个基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的五端柔性直流输电工程。为研究各换流站的过电压水平,依托舟山多端柔性直流输电示范工程,详细分析了换流站交直流侧的过电压机理,建立了基于详细控制保护策略的五端柔性直流输电系统过电压仿真模型,计算了换流站联结变压器阀侧单相接地、桥臂电抗器阀侧单相接地、直流极线接地、直流平波电抗器阀侧直流母线接地和直流极间短路等故障在换流站关键设备上产生的过电压。结果表明：联结变压器阀侧交流母线上的最大过电压为360 kV;直流极线上的最大过电压为370 kV,直流平波电抗器阀侧直流母线的最大过电压为369 kV,避雷器CB和D承受的最大能量分别为1.258 MJ和1.655 MJ;星形电抗接地支路中性点上的最大过电压为188 kV;桥臂电抗器两端产生的最大过电压为235 kV。计算结果可为该工程换流站的绝缘配合研究以及相关设备的选型、试验等提供重要依据。     

柔性直流联接变阀侧断路器功能定位及必要性分析

为了确保换流阀安全可靠运行,云南异步联网工程柔性直流单元首次在联接变阀侧设计了交流断路器,当系统发生短路故障且联接变交流进线断路器拒动时,可以通过该断路器切除短路故障。仿真结果表明,联接变阀侧断路器在发生直流极间短路故障且交流进线断路器拒动的极端情况下能快速切断故障电流,流过桥臂的短路电流的热效应累计值在设备耐受范围内,可保证子模块安全运行。     

基于等温升法的交直流混合干式空心电抗器设计

本文中作者以等温升法为理论基础,完成了37.5mH干式空心桥臂电抗器的参数设计,并通过温升试验验证了利用等温升法设计交直流电抗器的可行性。     

基于RTDS的云南电网与南方电网主网异步联网运行控制特性分析

云南电网与南方电网主网异步联网后电网结构与特性将发生重大变化,频率问题将成为电网运行的主要风险。基于南方电网交直流并联实时仿真平台,搭建了云南电网和南方电网主网异步联网运行方式下的交直流仿真系统。考虑机组一次调频、直流频率限制控制器、安全稳定控制等频率控制手段,对异步联网后系统大扰动下云南电网的频率响应及直流控制响应进行了全面的仿真分析。通过与现场验证试验对比,优化机组调速系统与水轮机模型,提高了仿真系统对南方电网异步联网运行控制特性模拟的精度,为推进云南电网和南方电网主网异步联网工程提供了技术支持。     

模块化多电平换流器桥臂电抗器参数设计方法

作为模块化多电平换流器(MMC)的重要组成部分,位于换流器桥臂的桥臂电抗器能够起到抑制换流器输出电流谐波以及限制暂态和故障电流的作用,其电感值的选取对于MMC的运行特性极为关键。文中提出了一种能够抑制交流侧电流波动量的桥臂电抗器值的设计方法。通过对MMC拓扑结构和工作原理的分析,对桥臂电抗器进行了简化等效,详细推导了等效电感值与交流侧电流波动量之间的关系,得出了一定交流侧电流波动量条件下的等效电抗器最小值的四阶方程,并利用MATLAB对方程求解,最终得到对应的桥臂电抗器值的下限值。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端21电平MMC直流输电系统模型,对设计方法的可行性和准确性进行了验证。仿真结果表明,设计的桥臂电抗器能够有效抑制交流谐波电流,且计算值与实验值基本吻合。     

柔性直流阀控系统环流抑制优化设计

以鲁西背靠背直流异步联网工程中的云南侧柔性直流阀控系统设计为例,分析了柔性直流阀控系统的功能特点,针对桥臂负序二倍频环流引起的功率损耗,提出了电容电压平衡的改进调制方法,并设计了环流抑制优化方案。云南侧柔性直流阀控系统实际应用结果验证了该设计的有效性和可靠性。     

±800kV直流干式平波电抗器的技术规范

干式平波电抗器相比油浸式平波电抗器具有对地绝缘简单、绝缘子承担对地电压、无油设计、无铁心和对地电容小等优点,特高压直流输电工程推荐选用干式平波电抗器。但干式平波电抗器运行经验较少,开发制造难度较大,所以研究其技术规范具有重要的作用。为此,详细分析了干式平波电抗器的特点,提出了其额定电感、额定电流值、绝缘水平、爬电比距、温升、型式试验、例行试验和需要特殊考虑的问题,对特高压干式平波电抗器的研制、生产、试验和运行具有重要的指导作用。     

基于流体—热力学耦合的大容量干式电抗器温度场研究

针对加装防雨降噪装置的±800 kV/6 250 A大容量干式平波电抗器温度场分布问题,依托于输送容量为10 GW特高压直流输电工程,采用流体—热力学耦合的仿真方法与试验相结合的方式,文中研究了±800 kV/6 250 A干式平波电抗器温度场分布特性。试验结果表明:一是平波电抗器温升试验与仿真结果吻合,验证了仿真模型的合理性和准确性;二是防雨降噪装置改变了电抗器上方空气的流动方向,增加了空气流动阻力,影响了电抗器的散热效果;三是800 kV/6 250 A干式平波电抗器实测热点温升为68.1 K(第14包封层),满足设计要求。上述研究成果可为干式平波电抗器温度场分布研究以及优化设计提供参考。     

500kV油浸式桥臂电抗器关键技术分析与概念设计

本文中笔者以柔性直流示范工程所需的桥臂电抗器为研究对象,开展了油浸式桥臂电抗器关键技术分析,并基于磁屏蔽型空心电抗器进行了油浸式桥臂电抗器的概念设计。     

±400kV青藏联网工程干式平波电抗器研制与试验

介绍了±400kV青藏联网工程用的干式平波电抗器的研制过程,其中包括电抗器的电感、损耗、温升、电场屏蔽结构及支撑体系设计,并给出了设计参数和试验结果。     

世界最高电压最大容量柔直背靠背工程开工

<正>6月12日,世界首次采用大容量柔性直流与常规直流组合模式的背靠背直流工程——云南电网主网与南方电网主网异步联网工程(简称"鲁西背靠背直流工程")在云南省罗平县正式开工建设。随着云南水电的大量开发,南网加快了西电东送实施步伐。而东西交流电网送电距离越来越远,交直流混合运行电网结构日趋复杂,发生多回直流同时闭锁或相继闭锁故障的风险加大,对南网整     

MMC桥臂电抗器穿墙套管故障特性及保护策略

针对双极柔性直流输电系统模块化多电平换流器,分析了桥臂电抗器目前布置方案所存在的故障电流大问题,提出了将桥臂电抗器布置在靠近直流连接点的方案。分析了桥臂电抗器布置在不同位置时对换流器故障电流的影响,并推导了故障电流分量的数学表达式,研究表明桥臂电抗器布置在靠近直流连接点时能够有效限制阀侧接地故障时故障电流上升率,有效降低故障电流水平,同时不会带来较大成本增加。然而桥臂电抗器布置在靠近直流连接点后,其穿墙套管发生相间短路故障时现有保护策略并不能及时发现,给换流器的安全运行带来隐患,提出了一种桥臂电抗器穿墙套管短路保护策略,能够有效识别桥臂电抗器穿墙套管短路故障。最后通过PSCAD/EMTDC对相关分析进行了仿真验证。     

云南电网与南网主网交直流系统相互影响及异步联网方案研究

随着直流输电技术的快速发展与应用,电网呈现越来越多的交直流并联运行局面,交直流系统的相互影响进一步增强。该文详细研究南方电网交直流并联电网的稳定特性,分析南方电网交流故障导致主网失稳和直流故障导致主网失稳的风险,阐述交直流系统相互影响导致复杂失稳现象的演变过程,分析云南电网与南网主网异步联网的必要性,并进一步探讨基于高压直流输电技术的异步联网方案,为电网的安全稳定运行提供技术支撑。     

±1100kV特高压干式平波电抗器绝缘设计与试验分析

±1 100 kV干式平波电抗器作为±1 100 kV特高压直流输电工程关键主设备之一,肩负着抑制谐波、限制故障电流等作用。在±800 kV干式平波电抗器研制的基础上,根据±1 100 kV干式平波电抗器相关技术规范要求,对±1 100 kV干式平波电抗器的绝缘试验水平选取、绝缘设计、绝缘试验设置、试验方法、判断准则以及试验结果分析等方面进行研究。为验证平波电抗器的绝缘设计,对±1 100 kV干式平波电抗器进行了多次负极性全电压及截波雷电冲击绝缘试验和多次全电压中频振荡试验,±1 100kV干式平波电抗器在1 360 kV雷电冲击电压和1 050 kV中频振荡试验过程中,试品内部无烟雾、无异常声响,匝间无放电,试品表面无沿面闪络现象,未出现畸变现象,试验波形稳定,满足绝缘设计和技术规范的要求。试验结果表明:±1 100 kV特高压干式平波电抗器雷电冲击水平(1 360 kV)和中频振荡水平(1 050 kV)电压取值合理,绝缘设计可靠,满足雷电冲击和中频振荡设计要求,可为特高压干式平波电抗器的研发及设计提供参考依据。     

±420kV中国渝鄂直流背靠背联网工程系统设计

与前期工程相比,±420 kV中国渝鄂背靠背联网工程系统设计的主要难点在于工程直流电压较高、容量较大,且故障穿越、交直流保护等要求提升,但全控电力电子器件的暂态应力配置水平有限且交流电网极端运行方式恶化。针对器件暂态应力配置水平受限,文中提出了精确的换流器桥臂故障电流上升率计算方法、阀控过流保护的分桥臂闭锁策略、阀本体过压保护的动态过压定值策略,解决了弱器件能力下无法兼顾设备安全性和故障穿越能力的问题。针对极端运行方式下交流电网和柔性直流系统高频失稳和弱系统失稳问题,分别提出了失稳机理及解决失稳的工程实用方法。针对接入500 kV交流电网带来交流断路器失灵保护和直流差动保护的特殊要求,提出了相应的解决对策和建议。