高压直流输电系统逆变侧阀饱和电抗器电气应力研究

为分析特高压直流输电工程中,逆变侧换流阀饱和电抗器的电气应力及损耗特性,建立了带反向恢复特性晶闸管模型和非线性饱和电抗器模型的高压直流输电逆变侧12脉动换流阀仿真模型。以锦屏—苏南±800kV/4 750 A直流输电工程使用的A5000换流阀为基础,计算了A5000换流阀工作在逆变状态时的电气应力和饱和电抗器损耗。结果表明,逆变侧换流阀承受较高的开通电压,电抗器的开通损耗远高于整流侧。但由于逆变侧换流阀承受较低的关断应力与断态应力,逆变侧的饱和电抗器损耗与整流侧总体相当。A5000换流阀可以在逆变状态下安全运行。     

HVDC整流侧阀饱和电抗器铁损仿真研究

建立了用以研究直流输送电流对饱和电抗器铁心损耗影响的,包含带反向恢复特性的晶闸管模型与非线性饱和电抗器模型的12脉动高压直流输电换流阀仿真模型,其中饱和电抗器模型是由非线性电阻模型与受控电流源并联构成的。以锦屏—苏南±800 kV/4 750 A高压直流输电工程整流侧使用的A5000换流阀为例,仿真了3组不同直流线路电流条件下饱和电抗器铁心损耗,仿真结果与现场实测数据相符。饱和电抗器的铁损不仅包括换流阀开通时产生的铁损,在换流阀关断以及断态时也会产生铁损。饱和电抗器铁损随直流电流的升高而增加。     

模块化双极性固态指数衰减脉冲电压源研制

为了模拟特高压直流换流阀饱和电抗器绝缘电气应力,研制了1台模块化双极性固态指数衰减脉冲电压源。参照1 100 kV/5 000 A特高压直流换流阀饱和电抗器的电压参数要求,采用双极性Marx电路与脉冲变压器组合的新型拓扑结构,并进行理论设计和PSPICE电路仿真,仿真结果与所需波形参数一致,证实所设计电路的正确性。结果表明:发生器在容性负载为12.5 pF时,可输出频率为50 Hz的双极性脉冲电压。正极性电压脉宽11.40μs,上升沿1.18μs,幅值0-10.9kV可调;负极性电压脉宽68.2μs,上升沿21.38μs,幅值0～2.27 kV可调。该模块化脉冲电压源可为后续研究工频脉冲电压下饱和电抗器绝缘的局部放电机制和老化失效机制提供实验条件。     

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。     

HVDC换流阀非周期触发试验方法

高压直流输电(HVDC)换流阀单阀非周期触发试验是换流阀绝缘型式试验中的难点。按照IEC 60700-1标准要求,通过对实际应力的分析及试验电路拓扑的设计,给出了满足工频补能型换流阀要求并可兼容换流阀抗电磁干扰试验的试验电路。在上述研究的基础上,顺利完成了宁东-山东直流输电工程±660kV HVDC换流阀的非周期试验,复现了工程中的非周期触发电压、电流应力。试验电压峰值达685kV,电流峰值为8.1kA,最大电流变化率达到1.4kA/μs,均满足实际工程中非周期触发试验应力的要求,并考验了换流阀的电流和电压耐受能力。试验结果表明宁东工程换流阀能够耐受规定的非周期触发应力。该试验电路设计合理,准确反映了晶闸管导通后前10μs的电压、电流应力,并实现了各强应力源μs级的时序配合。     

特高压直流换流阀非周期触发暂态特性分析

±800 kV/4 750 A特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)换流阀通过了型式试验。饱和电抗器是换流阀中晶闸管的串联保护元件,深入研究其电气特性对于提高换流阀的可靠性有重要意义。分析了特高压换流阀在非周期触发工况下,晶闸管开通物理过程及电气应力;分析了饱和电抗器各电气参数、铁芯电感和铁芯等值电阻动态过程对开通应力的影响。研究了饱和电抗器与晶闸管协调配合工作的原则,提出了饱和电抗器电气参数设计方法。仿真结果显示,饱和电抗器在非周期开通过程中起到了很好的保护作用,浪涌电流峰值及电流变化率均在晶闸管耐受范围内。     

特高压直流换流阀单阀交流试验方法研究

±800 kV直流输电是目前世界上直流输电领域电压等级最高的输电方式.±800 kV特高压直流换流阀是特高压直流输电(UHVDC)中的关键设备,在投入电网使用之前必须要进行严格的型式试验.单阀交流耐压试验,是特高压直流换流阀绝缘型式试验中一个比较特殊的试验项目.笔者以国内自主试验的首例±800 kV换流阀绝缘型式试验为...     

锦屏—苏南±800kV特高压直流工程晶闸管换流阀

换流阀是特高压直流输电工程中主要关键设备,其设计的可靠性直接影响直流系统的安全可靠运行。文中介绍了锦屏—苏南±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀主要技术参数。主要从电压应力、电流应力、水冷系统、晶闸管参数4个方面和先前投运的向家坝—上海±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀进行了对比分析。验证了锦屏—苏南特高压直流工程晶闸管换流阀整体性能比向家坝—上海±800 kV直流工程有所提升,可以长期安全可靠运行;同时也为后续±800 kV特高压直流工程换流阀的设计和制造奠定了良好的基础。     

SiC逆变器高频脉冲电压对Hairpin绕组绝缘安全的影响分析

针对碳化硅(SiC)逆变器高频高dv/dt脉冲激励下的Hairpin绕组高电应力容易造成绝缘损伤的问题,该文对一台电动汽车用Hairpin绕组永磁同步电机进行了绕组匝间绝缘的电压应力计算与安全分析.首先,提出考虑双导体边耦合效应的Hairpin绕组单匝线圈高频等效电路模型,提取电机绕组的高频分布参数,并基于场路耦合有限元方法建立Hairpin绕组的匝间电压计算模型;然后,得到SiC逆变器驱动下的绕组匝间绝缘电压应力,利用绕组匝间电压测试平台验证了模型与分析方法的正确性;最后,分析了不同匝间电压幅值、绝缘厚度、材料相对介电常数、匝间气隙长度等对气隙电场分布线的影响规律,以气隙电场分布线与Paschen曲线的关系为判据,给出了一种判断绕组绝缘是否发生放电的方法.     

混合电场作用下换流变压器阀侧绕组电场分析

为了计算换流变压器阀侧绕组端部电场分布,建立了油纸复合绝缘结构的电路模型。并在分析阀侧绕组励磁电压类型的基础上,利用有限元分析法计算了在交流、直流、交直流叠加和极性反转电压作用下的电场分布,总结了电场分布规律。结果表明,换流变压器阀侧绕组电场分布既有其规律性又有其复杂性,在直流电场作用下的阻性电场分布将导致纸板中的电场集中;而交流电场作用下的容性电场分布将导致变压器油中的电场集中;在极性反转过程中由于空间电荷的存在,油中承担了较高的电压。该分析结果可为换流变压器阀侧绕组端部的绝缘设计提供依据。     

混合电场作用下换流变压器阀侧绕组电场分析

为了计算换流变压器阀侧绕组端部电场分布,建立了油纸复合绝缘结构的电路模型.在分析阀侧绕组励磁电压类型的基础上,利用有限元分析法计算了在交流、直流、交直流叠加和极性反转电压作用下的电场分布,并总结电场分布规律.结果表明,换流变压器阀侧绕组电场分布既有其规律性又有其复杂性,在直流电场作用下的阻性电场分布将导致纸板中的电场集中;而交流电场作用下的容性电场分布将导致变压器油中的电场集中;在极性反转过程中由于空间电荷的存在,油中承担了较高的电压.该分析结果可为换流变压器阀侧绕组端部的绝缘设计提供依据.     

±800 kV特高压直流输电用6英寸大功率晶闸管换流阀

现如今,中国有多条±800 kV特高压直流输电项目正在建设或正在规划之中。较高的输电电压及其较高的稳态、瞬态过压而产生的晶闸管换流阀绝缘设计难点已在云南—广东±800 kV/5 000 MW直流输电工程中得到了研究和解决,但是在向家坝—上海特高压直流输电±800 kV/6 400 MW工程中,必须采用更大功率的晶闸管,才能满足额定电流4 000 A的要求。为了满足实际工程需要,基于硅片的新一代6英寸大功率晶闸管应运而生,同时,为了满足更高直流电流的要求,在晶闸管换流阀设计中,应用了相关新的设计技术。笔者介绍了向家坝—上海特高压直流输电工程中复龙站晶闸管换流阀设计,包括阀的结构、电气设计、机械设计、阀内部电器件选择等,另外,对6英寸晶闸管的特点作了介绍。复龙站换流阀型式试验已分别在德国西门子、中国西安高压电器研究院有限责任公司完成,试验结果表明,基于6英寸晶闸管的向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程复龙站换流阀设计可靠,可保证向家坝—上海输电工程复龙站换流阀的长期、可靠运行。     

±800kV换流阀组件内关键部位电位分布测量与分析

随着±500 k V直流输电工程在中国电网上的可靠运行,直流输电的节能性、可靠性、稳定性得到验证;随着多项±800 k V特高压直流输电工程的顺利建成,中国在特高压直流输电线路的建设和工程运行中积累了丰富的经验。直流输电发展趋势向着超高电压、大电流(3 000~4 500 A)方向发展,超高电压、大电流的直流输电换流阀的制造主要依靠国外技术。为了研制超高电压、大电流的直流输电换流阀,就必须研究超高电压、大电流的直流输电换流阀的结构、技术参数,借鉴先进技术,取长补短,研制拥有自主知识产权的新型超高电压、大电流的直流输电换流阀,满足市场需要。研究±800 k V换流阀组件内电位分布的特性,为换流阀设计提供可靠、准确的设计依据;研究测量电位分布的的方法及测试技术,为进一步研究换流阀的电位分布积累基础数据。     

西电：中国输变电装备基地——走进中国西电电气股份有限公司

为中国第一条330kV高压交流输电工程研制电力变压器、断路器和隔离开关等关键设备;为中国第一条500kV超高压交流输电工程（锦辽线）研制电力变压器等关键设备;为中国第一条750kV超高压交流输电工程研制电力变压器、电抗器、隔离开关、避雷器和电容式电压互感器等关键设备;为中国第一条±100kV直流输电工业性试验工程研制成套直流输电装备;为中国第一条±500kV超高压直流输电工程研制换流变压器、平波电抗器及换流阀等关键设备;为中国第一个直流背靠背联网工程（灵宝）提供全国产化换流阀、换流变压器和平波电抗器等关键设备;为中国第一条商业运行的跨海直流输电项目（嵊泗）提供成套设计、换流站成套设备;研制中国第一套（大冶钢厂）,第二套（张家港）静电无功补偿成套装置。     

新一代±800 kV/8 GW特高压直流换流阀用饱和电抗器温升试验及比对分析

为研究特高压直流输电工程换流阀用饱和电抗器的温升特性,掌握内部铁芯温度分布规律,分析了现有换流阀用饱和电抗器损耗及铁芯温升计算模型,提出了基于预埋光纤温度传感器的特高压直流换流阀用饱和电抗器温升试验方法,实现了对电抗器内部全部铁芯的直接温度测量。依托新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程,设计了高频电源等效铁芯损耗加载以及合成回路阀组件运行试验加载2种试验条件,分别测量了4种型号的换流阀饱和电抗器关键点温度,比对分析了铁芯温度分布特性。试验结果表明,2种试验加载方式下,饱和电抗器内部靠近进出水口位置铁芯温度低于其他位置的铁芯温度,各型号饱和电抗器温升特性规律基本一致;在换流阀运行条件下,各电抗器铁芯最高温度均小于90 ℃,外壳表面温度均小于75 ℃,满足工程要求。     

特高压换流站输电设备概述

研究表明,拟建中的800kV特高压换流站采用12脉动换流技术,换流单元有单极单换流器与单极双换流器串联两种选择,其关键影响因素是换流变压器的容量。由于结构复杂,换流变压器故障率是电力变压器的两倍,阀绕组与地以及交流绕组之间的主绝缘结构是特高压换流变压器设计的难点。连接于极线的输电设备主要有平波电抗器、滤波电容器、直流电压分压器、光学电流传感器、直流避雷器等。对于特高压而言,其最主要的问题是由于污秽引发外绝缘闪络以及由于电压分布变化导致的内绝缘故障。     

换流变压器极性反转三维瞬态电场计算

换流变压器是高压直流输电系统中的重要设备之一,运行过程中不仅要承受交流电压、直流电压和交直流电压叠加,还要承受极性反转电压的作用。为了考量换流变压器油纸等绝缘媒质的绝缘特性,首先,建立了瞬态电场的理论计算模型;其次,利用Ansys软件建立了换流变压器的三维瞬态电场计算模型;然后,考察了换流变压器油纸等绝缘结构在极性反转电压下的瞬态电场变化特性;最后,仿真分析了极性反转试验电压类型的不同对瞬态电场的影响。结果表明:油纸等绝缘结构在第一次极性反转过程中承受的瞬态电场值最大,且极性反转试验电压类型的不同对油纸等绝缘结构所承受的瞬态电场影响很大,为准确的进行换流变压器绝缘结构设计提供参考。     

三常±500kV换流变压器不同工况下绕组电流仿真分析

在高压直流输电系统中,换流变压器作为高压直流输电系统的核心部分,实现由交流系统到直流系统再到交流系统的能量传递,它的运行状况直接影响整个直流输电系统甚至交流系统的安全性和稳定性。为具体研究±500 kV换流变压器不同工况下的谐波磁场和损耗,在PSCAD/EMTDC环境下搭建了三峡-常州直流输电工程仿真模型,首先仿真分析了额定运行时电压和电流,仿真结果与实际直流线路的电压电流值吻合较好,验证了仿真模型的有效性,然后调节参数模拟了换流变压器短时过负荷运行下网侧绕组和阀侧绕组的电流,并对额定运行和短时过负荷条件下的绕组电流的谐波分量进行了分析,所得数据为计算换流变压器谐波磁场和损耗提供了数据支持。     

中国电科院自主创新研制成功世界首台±800kV/4750A特高压直流换流阀

中国电科院自主研发的世界首个±800kV/4750A特高压直流换流阀在国家电网公司电力系统电力电子实验室顺利通过全部型式试验,试验结果符合国家电网公司《±800kV级直流输电用换流阀通用技术规范》,试验中换流阀的通流能力和电压等级均创世界之最。     

一种方形壳体式新型饱和电抗器研制与工程应用

饱和电抗器作为晶闸管换流阀的核心部件，主要用于抑制电流变化率、在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。西门子技术饱和电抗器结构复杂、水路接口多，随运行时间增加，工程中已多次出现漏水、二次电缆磨损、铁心硅钢片脱落、母排发热等问题，严重影响了直流系统安全稳定运行。文中以解决上述问题为目标，提出了一种用于工程改造替换进口电抗器的方形壳体式饱和电抗器设计方案，从饱和电抗器的关键参数设计、结构设计、水路设计和试验4方面，介绍了新型饱和电抗器的技术特点、性能指标和试验情况。该型饱和电抗器已在中国贵广和向上等直流工程中实现进口电抗器的批量替换，性能稳定，运行情况良好。同时也为后续新的高压直流工程换流阀设计提供了一种新的电抗器方案。