高压直流输电系统换流阀热损耗与冷却介质关系探讨

高压直流输电系统中,换流阀正常运行时会产生功率损耗,因此需要利用阀厅空调及冷却水对换流阀的热损耗进行热量交换.通过详细计算换流阀发热功率和冷却介质的交换功率,得出用冷却介质交换热量的计算值反向推导换流阀热损耗是最简单可行的方法.定量分析了不同运行工况下进、出水温度变化情况,提出一种定量计算换流阀热损耗和判断阀冷系统关键运行参数的方法,对直流换流站运行维护工作有重要的指导作用.     

换流站阀厅结构选型与抗震分析

换流站阀厅主要有3种结构形式:混合结构、钢排架结构和混凝土结构。在综合考虑各种因素情况下指出混合结构方案较好,并对其模型进行动力分析。通过简化换流阀计算模型以及假定计算条件,采用结构分析软件分别对换流阀和阀厅模型进行模态分析,得出阀厅自振周期与换流阀相差较大,在水平方向不会引起共振。采用振型分解反映谱法,研究了地震作用下换流阀对阀厅的影响,结果表明在竖向地震作用下,换流阀动力放大系数较大,直接导致屋架承担较大的竖向荷载。     

统一潮流控制器阀厅微正压环境的建立和管理策略

南京西环网统一潮流控制器(UPFC)示范工程是我国第一个基于模块化多电平技术的UPFC工程,是我国在柔性交流输电领域的重要成果。阀厅是UPFC示范工程的重要设备换流阀所在区域,而换流阀对阀厅的温度、湿度和洁净度要求很高,使得阀厅的建设和管理成为整个工程的关键点和难点。文中首先通过对阀厅内温度、湿度的数学建模,分析了影响阀厅温湿度的关键因素,然后针对阀厅的环境要求,使用分阶段管控方案、暖通系统、新风系统和新型监控手段对阀厅环境进行严密管控,形成了符合要求的阀厅微正压环境。     

±800 kV特高压换流阀塔——厅整体抗震性能分析

换流阀塔通常采用悬挂在换流站的阀厅的安装方式,在地震作用下往往导致较大的水平位移,换流阀塔之间的连接以及阀塔-阀厅相互作用的机理需深入研究。文中以±800 kV特高压直流换流站的换流阀厅及6组阀塔为研究对象,考虑阀塔与相连接的支柱绝缘子的金具连接特性,建立了阀塔—厅及阀厅耦联回路有限元模型并进行了不同地震动输入下的时程响应分析。研究表明:换流站阀厅结构在其基频附近对地面运动输入有明显的放大作用,且换流阀塔位移响应较大。采用具有较大变形能力的柔性管母线及金具,可以避免在地震作用下阀塔与相连的支柱绝缘子的牵拉作用。在换流阀抗震设计时应考虑阀厅的放大作用,阀塔与相邻设备的连接应选用具有大变形能力的金具,以改善其抗震性能。     

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直流换流阀元件高分子材料引燃特性研究北大核心CSCD

在直流输电系统中晶闸管换流阀存在发生火灾的风险。文中联合热失重分析—差式扫描量热仪(TGA/DSC)以及热空气炉的实验方法,研究了换流阀主要元件的有机高分子材料在空气环境下的热失重起始温度、放热临界温度以及燃点。提出了通过TGA/DSC联用实验测定换流阀高分子材料在空气环境下的燃点的方法。通过对实验确定的3项参数之间的关联性分析,确定了影响换流阀元件高分子材料的引燃温度的影响因素。研究结果表明:换流阀的引燃过程受到了高分子材料的热解过程和在高温下的放热过程的共同作用。引燃过程所需温度与热解过程发生的温度和材料在空气环境下能够依靠自身发生放热反应升温的最低温度呈正相关。文中对比研究了换流阀主要元件所包含的不同有机高分子材料在空气环境下的多项燃烧相关参数,可为换流阀元件高分子材料的引燃特性以及换流阀火灾风险评估提供借鉴。     

换流阀的通断对阀塔避雷器均压环表面电场的影响

为分析换流阀的通断对阀塔避雷器均压环的影响,采用静电场有限元数值方法,在阀厅整体模型中,对阀塔避雷器均压环表面的电场分布情况进行分析。首先基于12脉动整流电路的原理,分析了换流阀各阀组件在计算时的加载方式,然后结合仿真得到阀厅设备在额定功率和轻载运行时的电位波形。采用静电场瞬时加载法求解,得到各种运行工况下阀塔避雷器均压环场强分布云图和最大值分布规律。通过分析阀塔避雷器均压表面的最大场强与换流阀的导通截止状态发现,在当前设计方案及配置条件下,截止状态下的阀塔避雷器均压环最大场强较导通状态下偏高。这表明换流阀在截止时对周围均压环电场产生的影响较开通时影响更大,这为后续阀厅金具设计优化提供更切合实际、更为准确的计算思路,具有重要的指导意义。     

柔性直流换流阀厅全模型电场多极子边界元分析

柔性直流换流阀厅内设备众多、结构复杂、多种介质共存且环境封闭,造成阀厅全模型电场强度数值计算建模难度大、计算规模大、采用传统方法计算效率低。对称多极子曲面边界元法计算速度快、内存占用少,适合于求解大规模问题。分别对2种不同结构的±160 kV柔性直流换流阀厅建模,应用对称多极子曲面边界元法计算阀厅全模型电场,计算中节点达到133万个。综合分析了阀塔屏蔽系统结构、桥臂电气连接方式以及阀厅布置方式对金具表面电场影响规律;掌握了阀厅空间内电场分布规律,为设备布置提供参考。所提方法为全面掌握柔性直流换流阀厅内电场分布提供有效手段,对设计过程中设备的绝缘配合具有重要意义。     

特高压直流换流变压器阀侧套管高环温强电流下轴径向的温度分布规律

为准确评估高环温、强电流下胶浸纸换流变压器阀侧套管的热性能,通过夏季负荷高峰期?800k V特高压直金华站换流变压器的运行温度测量,及双12脉动阀组换流变压器侧电流频谱特征的仿真分析,设计了模拟90℃换流变压器油温和50℃阀厅空气温度的高环温强电流下的套管热点温度试验测量系统;利用轴径向测温法掌握了胶浸纸换流变压器阀侧套管芯体温度分布特征;建立用于热点温度暂态值计算的指数函数模型,提出了基于热时间常数的IEC套管稳态温度修正方法。该研究结果可为特高压胶浸纸换流变压器阀侧套管电热耦合优化设计及运行工况下热性能的考核和评估提供方法及理论指导。     

实际运行电压下特高压换流变压器阀侧套管电场分布研究

阀侧套管是特高压换流变压器的重要组成部分。分析了换流变压器阀侧套管的典型结构及其在阀厅内的布置方式,以及高端阀厅Y接换流变压器(HY换流变)阀侧套管的实际运行电压波形,运用ANSYS有限元仿真计算软件,建立了换流变压器阀侧套管的电场仿真模型,计算了实际运行电压、等效直流电压、等效交流电压下套管的电场分布特性,对比分析了3种工况下换流变压器阀侧套管电场分布的差异性与相似性,提出了实际运行电压下换流变压器阀侧套管电场分布规律与绝缘结构设计思路。研究结果可为换流变压器阀侧套管的设计及运维提供技术参考。     

电磁脉冲环境下HVDC换流阀晶闸管的失效机理及寿命模型分析

换流阀的可靠性评估在高压直流输电系统中是至关重要的,尤其是在电磁脉冲特殊环境下的晶闸管换流阀可靠性的评估,但是现有的可靠性评估方法并不适用于电磁脉冲等特殊环境及复杂运行工况下可靠性的评估与计算,因此,特殊环境下晶闸管的寿命评估值得深入研究。本文详细地分析了电磁脉冲环境下高压直流输电系统中换流阀所采用的压接型晶闸管的主要失效演化机理,进而提出了一种考虑换流阀冷却系统的热阻抗模型与晶闸管失效机理相结合的寿命预测方法,基于该方法建立了晶闸管在电磁脉冲下的热应力计算模型,进而获得了晶闸管的寿命模型。最后,本文给出了量化的分析过程和结果,说明了一种特殊的电磁脉冲环境—电磁脉冲对换流阀的主要破坏作用。     

天广直流工程换流阀异常导通原因分析及对策

针对2014年7月以来天广直流工程相继发生的4起换流阀异常导通事件,首先通过研究电触发换流阀晶闸管电子板(TE板)工作原理,搭建TE板电路仿真模型进行仿真分析,然后在南方电网公司直流输电设备状态评估与故障诊断重点实验室搭建TE板加压试验平台,开展了正常情况以及高湿度环境下的TE板加压试验。结果表明,电触发换流阀TE板长时间运行后表面积污严重,在高湿度运行工况下造成其后备触发功能门槛值大大降低,导致在换流变正常充电过程中换流阀异常导通。提出的定期清洗换流阀TE板和控制好阀厅湿度等反事故措施已在天广直流成功应用,彻底解决了电触发换流变充电过程中出现的换流阀误导通问题。     

基于烟雾和紫外检测的高压直流换流阀火灾探测系统

为提高高压直流换流阀(可控硅)安全可靠运行,研究了已投运直流系统换流阀着火的经验教训,提出了换流阀防火系统应配置的基本要求,在阀厅内出现火情时能够尽早停运直流,隔离故障设备,确保阀厅设备安全运行。     

柔性直流背靠背换流站阀厅电气设备布置设计

柔性直流背靠背换流站换流站的阀厅电气设备布置是换流站布置设计的核心内容。阀厅布置尺寸主要由换流阀布置尺寸、换流阀交流侧进线、直流侧设备布置接线、空气净距、施工吊装空间、检修维护通道等因素决定。阀厅内换流阀塔的布置有同相上下桥臂相邻布置(AABBCC排列)和同极桥臂三相相邻布置(ABCABC排列)两种方式,换流阀塔的布置方式将直接影响阀厅内其他区域各电气设备的布置尺寸。工程设计时可根据空气净距取值,通过技术分析比较来优化阀厅布置设计。     

?800kV特高压直流换流阀地震响应分析

位于地震高烈度区的换流站中换流阀塔的抗震性能对换流站的安全运行有重要意义。以?800 kV特高压直流换流站的高端换流阀厅及换流阀塔为原型,采用非线性弹簧单元模拟悬吊绝缘子,建立了有限元模型进行时程响应的分析计算。结果表明,地震作用下阀塔底部水平位移响应可超过1 m,绝缘子的非线性特性使得阀塔竖向加速度响应剧烈,阀层出现"弹跳"现象。阀厅对地震波的放大作用可增大阀塔的加速度响应,但对位移响应影响有限。由于阀塔的高阶局部振型频率与阀厅基频接近,阀厅与阀塔发生共振导致阀塔顶部水平加速度响应巨大。建议采用直径更大的悬吊绝缘子以防止屈曲,并采取措施限制阀塔底部的水平位移。     

柔性直流换流站阀厅及交流耗能装置室辅助综合监控系统实施方案

布置于柔性直流换流站阀厅内的换流阀是换流站的核心设备,其工作环境要求高;交流耗能装置可有效避免换流站在闭锁情况下的系统失稳,但工作状态下设备温度变化较大,发热严重。在正常运行下,柔性直流换流站阀厅及交流耗能装置室禁止人员进入,因此不能直观监视设备。基于以上问题,提出了柔性直流换流站阀厅及交流耗能装置室辅助综合监控系统实施方案,可实时监视阀厅及交流耗能装置室的设备运行状况及环境状况,方便运维。     

柔性直流换流站阀厅智能辅助综合监控系统设计

通过分析研究柔性直流换流站辅助综合监控系统设计技术,提出一种实现远程监视柔性直流换流站布置IGBT换流阀阀塔系统阀厅的智能辅助综合监控系统技术,以提高换流站阀厅辅助综合监控水平,保障换流阀安全、稳定和可靠运行。     

模块化多电平换流阀系统天线模型及其辐射电磁骚扰特性分析

为准确预测柔性直流换流系统正常工作时产生的辐射电磁骚扰,采用矩量法与天线理论相结合的电磁场方法搭建了模块化多电平换流阀系统的天线模型,并计算了换流阀系统正常工作时产生的辐射电磁骚扰;通过测量实验和计算结果的对比证明了所提出的模块化多电平换流阀系统电磁辐射计算方法和计算模型的有效性。最后,采用柔性换流阀系统的天线模型计算并分析了换流系统正常运行时的辐射电磁骚扰特性,得到了阀厅巡视走廊的电场分布特性,换流阀厅内外的近场分布规律、远场传播特性等,求得了柔性换流阀系统无任何屏蔽措施时的安全巡视距离。该计算方法和结果对准确预测柔性直流换流系统电磁骚扰水平有指导作用。     

±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。     

特高压阀厅电气设计研究

阀厅设计是特高压直流换流站工程的核心内容之一。换流阀在阀厅内与换流变阀侧套管以及平抗套管等设备相连, 此外阀厅内还布置有交直流避雷器、接地刀、直流电流互感器、直流电压分压器等诸多设备。特高压直流工程每极阀厅包括高端和低端2 个阀厅, 每个阀厅设旁路开关, 因此特高压阀厅与常规直流阀厅相比接线更复杂, 而且由于特高压直流工程阀侧过电压水平的提高, 使得阀厅各设备对地以及设备之间的电气净距增大, 因此阀厅合理布置尤为重要, 既要保证一定的安全裕度, 也应兼顾阀厅综合造价。据此原则,根据±800 kV 换流阀等设备外形资料、电气净距计算、设备布置等方面的研究, 提出阀厅的电气设计方案。