±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。     

±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。     

±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。     

±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。     

±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。     

±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。     

±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.     

±800 kV/6250 A换流阀MVU试验中模拟负载匹配性研究

为确保研制的±800 kV/6250 A换流阀绝缘试验的顺利进行,笔者对基于±800 kV/5000 A和±1100 kV/5 000 A大组件换流阀研制的模拟负载在±800 kV/6250 A小组件换流阀MVU绝缘试验中的可用性进行了研究;根据IEC 60700-1—2015标准,对换流阀在直流耐压试验、操作冲击电压试验和雷电冲击电压试验3项试验中呈现出的不同特性,从数值计算和建模仿真2个方面进行了研究,通过±800 kV/5000 A小组件换流阀MVU试验数据对所用方法和仿真模型进行验证,然后分析模拟负载在±800 kV/6250 A小组件换流阀MVU试验中的匹配性及解决办法;通过±800 kV/6250 A换流阀MVU绝缘试验,验证了所用分析方法和试验方法的正确性。     

±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.     

±500 kV HVDC换流阀冲击试验技术

±500kV高压直流输电(HVDC)换流阀绝缘型式试验是目前国际上最高电压等级的换流阀绝缘试验。冲击试验是换流阀绝缘型式试验中的难点,对试验回路及设备的要求很高,试验难度很大。文章以三峡—上海直流输电工程用±500kVHVDC换流阀的完整四重阀试验为例,介绍了其结构、负荷特性,以及换流冲击试验和单阀冲击试验技术,并给出了部分试验结果。试验结果表明,该阀的内部参数设计满足技术要求。     

±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。     

±1100kV特高压直流输电工程换流阀研发产品运行试验

随着向家坝—上海、云南—广东等多项±800 kV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过程中积累了丰富的经验。为了满足中国国民经济的飞速发展对电力能源的需求,建设更大输送容量的直流工程将成为下一步直流输电工程建设发展的必然趋势,而系统电压等级的提高又对换流阀产品性能提出了更高要求。用于±1 100 kV特高压直流输电工程的换流阀产品,其单级晶闸管元件运行试验最高触发电压和恢复电压分别达到5.5 kV和3.3 kV,试验电流和短路故障电流分别为5 332 A和50 kA。为保证系统运行安全,换流阀产品在投运之前,必须通过型式试验对其性能进行验证。西安高压电器研究院有限责任公司利用换流阀运行试验合成回路,模拟±1 100 kV特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了试品阀的运行型式试验,并对得到的试验数据进行了分析,为±1 100 kV特高压换流阀产品的设计、制造及工程运行和试验标准的制定提供了参考依据。     

±660kV直流输电工程换流阀绝缘试验研究

宁东-山东±660 kV直流输电工程是世界上第1个采用660 kV电压等级的直流工程,该工程采用单12脉动换流阀结构,单阀跨接电压高,阀塔尺寸较大,对换流阀试验提出了极高的要求.文章对换流阀绝缘试验项目和实际试验参数进行全面介绍,并对绝缘试验中遇到的难点以及解决方案进行了重点阐述.     

±660kV直流输电工程换流阀结构设计

全面介绍了宁东-山东±660 kV直流输电工程换流阀的结构特点和设计方法.从换流阀的基本构成出发,介绍了各个部分的组成、结构设计特点和功能作用.重点说明了换流阀阀塔和模块的结构设计,包括阀塔屏蔽结构、悬吊及支撑结构、框架设计、支撑及连接结构设计等.最后,介绍了换流阀的防火设计和抗震设计.     

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。     

±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。     

±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。     

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...     

±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。