换流阀内水冷系统泄漏电流对散热器腐蚀的影响

换流阀内冷却系统中散热器的腐蚀会导致均压电极结垢并引发漏水和散热失灵等事故,严重威胁高压直流输电系统的安全可靠运行。为了研究水路泄漏电流对铝散热器腐蚀的影响,搭建了由实际散热器组成的模拟阀冷平台,并模拟现场条件进行了运行试验;然后在隔离水箱中进行了铝片试样的电解腐蚀试验,利用失重法和显微观测等手段分析了阴、阳极试样的腐蚀量和腐蚀形貌。结果表明,冷却水路泄漏电流是导致或加剧散热器腐蚀的主导因素,且引起的腐蚀量在散热器腐蚀总量所占比重随着运行时间增加而增加。泄漏电流对同一阀段中不同电位处散热器腐蚀的影响机理存在差异:阀段高电位处散热器只受到阳极泄漏电流的影响,发生具有点蚀形貌特征的杂散电流腐蚀;而低电位处散热器则在阴极泄漏电流作用下,发生具有均匀腐蚀形貌特征的碱性腐蚀。     

基于恒电位法的阀冷却系统铝散热器腐蚀特性研究

目前高压直流输电阀冷却系统普遍存在均压电极结垢问题,严重的甚至影响高压直流系统的正常运行。从均压电极结垢的源头即散热器的腐蚀出发,以安顺换流站的换流阀的内冷水系统为对象,基于电化学原理、恒电位法和测试技术,分析铝散热器的腐蚀机理,从温度、悬浮树脂浓度、水流速、溶解氧浓度和PH值5个方面讨论铝散热器腐蚀的影响因素和作用机制,得出了抑制铝散热器腐蚀的各因素最佳值,并建设性地提出了改善阀冷系统限制其腐蚀结垢的方法,为解决南方电网其他换流站内冷却水系统的腐蚀结垢提供科学依据。     

特高压换流阀内冷却系统对电压分布的影响

特高压换流阀是直流输电系统的核心设备,在其运行及试验过程中,会承受很高的直流电压应力。在电压应力下换流阀组件电压分布受冷却系统的影响较大。为改善阀内电压分布均匀性,根据换流阀的冷却系统参数对阀内冷却介质的电阻值进行计算,采用EMTDC软件仿真研究了不同电阻值对阀内电压分布的影响,得到阀组件在直流电压工况下的电压分布不均匀系数,对换流阀塔进行直流耐压试验,验证了仿真结果的可靠性。根据仿真、试验结果提出了换流阀冷却系统结构的改进方案,对改进后的阀塔进行仿真和试验,结果显示电压分布均匀性有明显改善。     

高压直流输电换流阀内冷水水质控制指标研究

探讨了目前高压直流输电换流阀内冷水水质控制指标现状,研究了换流阀内冷水电导率、pH值、二氧化碳含量、氯离子含量、含氧量等水质指标控制原理,通过理论计算估算出内冷水电导率在0.5μs/cm时某±500 kV直流换流站因泄露电流单极每年产生Al(OH),沉淀物约为2.5 kg,每天产生的氧气约4.1 g,证明电导率对散热器腐蚀及内冷水中含氧量有重要影响,溶解氧也应作为常规监督指标,控制含氧量100μg/L;通过水质理论计算及参考金属铝的防腐技术认为密闭运行系统中内冷水的pH值应控制在6.0~8.3,开放且溶入二氧化碳的系统中内冷水的pH值应控制在6.1~8.3,开放运行系统中内冷水中溶入二氧化碳含量应88μg/L;分析认为内冷水氯离子能加速铝腐蚀,也应作为内冷水水质监督指标,通过理论计算提出内冷水中氯离子应控制36μg/L。     

均压电极垢层电沉积模型分析与应用

换流阀是高压直流输电系统中的核心设备,阀冷系统用于阀体组件的散热,而阀冷系统散热器腐蚀和均压电极结垢将导致换流阀运行故障,因此研究阀冷系统的腐蚀和结垢特性,对保障换流站安全可靠运行尤其重要。基于散热器腐蚀和垢层的沉积机理,应用有限元方法,建立了考虑电极表面沉积反应、物质传递过程的均压电极垢层沉积模型,所建模型能够模拟垢层生长过程、分析电极表面附近电场以及腐蚀离子浓度分布。基于该模型分析了电极表面垢层的沉积行为特性、电极表面的垢层分布,讨论了不同电压等级对垢层厚度的影响,得到垢层主要分布在高电位电极、电极尖端垢层量远大于电极平行位置以及电压等级升高,垢层厚度明显增大的仿真结果。结合实际换流站阀冷系统的运行数据和电极结垢形貌,验证了垢层沉积模型的有效性。     

天广直流工程换流阀冷却系统腐蚀与沉积

为了找到天广直流输电工程运行5年后换流阀冷却系统中存在较严重的腐蚀与沉积,形成的垢质阻塞冷却水路进而使元件散热不畅而烧毁直流输电系统故障的成因和解决方法,检验了阀冷系统相关元件材质与水质,依据沉积物成分分析结果并结合电化学反应理论初步给出了阀内冷水系统腐蚀与沉积现象发生的物质基础与过程机理。试验与分析表明,在为晶闸管散热的铝质冷却座中,金属铝在水中的的电化学反应是导致阀冷系统中腐蚀与沉积的根本原因。     

换流阀散热器腐蚀研究

为解决换流阀散热器腐蚀问题,以阀塔层间水路模型为研究对象,建立等效电路模型,运用Multisim软件对电路中各支路漏电流进行计算.研究了水电极不同等电位方式以及水电极不同位置布置下的水电极和散热器支路漏电流.结果表明:水电极与邻近模组等电位,散热器支路的漏电流会大幅减小;缩短水电极与水接头之间的距离可以减少散热器支路的漏电流,水电极与水接头同截面布置效果达到最优.在散热器进出口镶嵌不锈钢电极可以代替散热器的腐蚀,从而彻底解决散热器腐蚀问题.     

高压直流工程换流阀宽频建模研究

电压分布性能是高压直流输电换流阀的重要电气特性之一,而换流阀的杂散电容参数的存在严重影响换流阀系统过电压分布的均匀性,尤其是速变电压下阀内电压分布的不均匀性.根据现场测试的换流阀杂散参数,建立换流阀的宽频电路等效模型;其次,利用仿真模拟施加雷电冲击等过电压,研究换流阀在速变电压时的电压分布特性,进一步分析影响换流阀过电压分布的主要杂散参数.研究表明,变压器及其套管电容是影响换流阀电压分布的关键因素,而对地杂散参数及层间杂散参数对其电压分布的影响较小.     

高压直流输电工程换流阀均压电极断裂机理研究

均压电极是高压直流输电工程换流阀内冷水系统的重要部件，起到钳制电势和减小泄漏电流的关键作用，但是在运行过程中，均压电极发生腐蚀或者断裂，将导致换流阀阀塔上与内冷水管道接触的金属器件发生腐蚀，内冷水系统发生渗漏、堵塞等，从而使得换流站因设备过热、水管漏水等问题造成的停运事件屡有发生，严重影响直流工程的安全稳定运行。因此，研究均压电极断裂相关机理和原因能够有效减小内冷水系统事故。文中通过分析均压电极在水管内的受力情况，结合铂金材料的特性，首次从剪切强度的角度开展了均压电极断裂分析。文中从材料成分、力学性能、微观结构等角度对均压电极开展了研究，分析了均压电极断裂机理，确定了均压电极断裂原因。文中的分析方法及结论，对高压直流输电工程换流阀均压电极的生产制造、材料选型、运维检修等具有重要参考意义。     

换流阀冷却系统腐蚀结垢分析研究

换流阀内冷水系统普遍存在均压电极结垢问题,该问题会引起换流阀闭锁或紧急停运事故,给电网安全稳定运行带来隐患,这一问题至今没有根本的解决办法。在对均压电极结垢情况和晶闸管散热器腐蚀调查研究的基础上,进行了均压电极的结垢分布规律分析,给出了结垢控制对策。     

杂散电容对换流阀绝缘试验测量结果的影响

保护性触发是特高压直流(UHVDC)换流阀的一项重要保护功能,对单阀绝缘试验中的操作冲击耐受试验有重要影响,进行该试验对电压测量准确性要求较高。进行某型号特高压换流阀保护性触发试验时,在测量设备采集到的试验电压峰值未达到设计的阀保护性触发动作门槛时发生了整阀触发导通,初步分析认为是阀塔动作正确,但测量设备与换流阀之间存在杂散电容导致试验电压的测量不准确。采用ANSYS仿真软件计算出试验回路中各主设备间的杂散电容矩阵,根据杂散电容和试验回路参数建立了PSCAD仿真模型,仿真得到了分压器测量值和阀实际承受电压值,复现了试验问题;通过理论计算分析优化试验方案,并进行了试验验证。结果表明:分压器、冲击发生器和换流阀之间的杂散电容对电压测量结果影响明显;根据ANSYS计算出杂散电容,根据杂散电容和试验回路参数建立PSCAD仿真模型,仿真结果与试验现象一致;通过试验方法的优化,电压测量偏差系数将由97.5%提高至99.2%,优化效果明显。     

换流阀水路冷却系统电极反应的等效电路建模

高压直流换流阀水路冷却系统中存在的腐蚀与沉积问题给换流阀系统的安全可靠运行带来极大隐患。为研究换流阀冷却水路中铝合金散热器和均压电极的腐蚀与沉积问题,通常采用电化学测量方法,但此方法耗时长、效率低,为此提出了一种适用于换流阀冷却水路电极反应的等效电路建模方法。应用有限元法,考虑电极动力学边界条件,分析了实际物理模型的电流分布,提取等效参数,建立了等效电路分析模型,并对比了采用线性电极电解质边界条件的有限元法与采用基于线性电阻、电容器件的等效电路的仿真结果。考虑电极反应电路模型中等效电阻、电容的非线性特性,建立了非线性等效电路模型,基于该模型讨论了不同类型的外加激励对电极反应的影响,得到交流激励腐蚀危害远小于直流激励腐蚀危害的仿真结果,获得了不同外加激励作用下反应电流与泄漏电流之间的比例关系。选取与实际工程波形较为类似的半波整流波形为激励源波形,得到:无论激励幅值大小,反应电流与泄漏电流的比值均约为63.75%。结合对半波整流电压激励波形的幅频分析可知:影响电极反应电流的主要因素是外加电压激励中的直流分量。反应电流与泄漏电流比例关系的确定可为电极腐蚀速率、沉积量的计算提供帮助。     

基于PLC控制的换流站阀冷却系统保护现场校验技术研发

换流站每年需对换流阀冷却系统保护功能进行校验,目前现场采用修改定值或使用人工调节电位计模拟仪表输出数据进行保护检验的方法,存在可参考性低、耗时长、难以进行整组测试等弊端。针对上述问题,本文提出1种采用PLC控制替代人工调节电位计的阀冷却系统保护校验方法和设计思路,可模拟实际运行工况进行保护功能验证试验,提高阀冷却系统保护检验的准确性、可靠性。     

高压直流输电光触发换流阀塔均压电极除垢技术和工艺研究

由于晶闸管铝制散热器的电化学腐蚀,光触发换流阀塔均压电极在电场的作用下容易形成垢质。结合宝鸡换流站均压电极除垢检修经验,介绍了光触发换流阀塔均压电极除垢工艺及流程,总结了电极除垢过程中的关键环节。     

高压直流输电工程换相失败研究

晶闸管换流阀在逆变工作模式时,对连接换流阀的交流系统、直流系统以及换流阀自身的状态要求比较严苛。当逆变侧出现换相失败时,换流阀会承受较大的电流应力,同时也会产生交流系统频率跌宕、直流侧电流陡增等现象。韩国济州高压直流输电工程在调试过程中多次发生的换相失败现象,文中从换相失败发生机理出发,通过现场试验研究和模拟故障现象仿真等方法综合分析,确定出故障发生原因并有效解决了换相失败问题,满足工程运行要求。     

地铁杂散电流引起动态地电位分布建模及影响因素分析

针对地铁运行导致变压器直流偏磁、埋地管道腐蚀而带来的地铁杂散电流干扰和影响评估问题，提出杂散电流引起动态地电位分布建模方法。通过将多区间、多列车地铁线路等效为多时变电源电阻网络模型，实现杂散电流实时分布计算；进一步将其等效为非均匀散流线电流源，结合线路地理信息，基于点电流源电场的空间数值积分实现地铁全周转时间内的地电位动态计算；利用CDEGS软件仿真和现场实测数据，验证模型计算结果的准确性。以国内某市1、2号线地铁线路为例，计算杂散电流引起大地电位波动区间，以电位梯度变化评估杂散电流干扰范围及程度，并分析机车运行工况、轨地过渡电阻和土壤电阻率因素对地电位梯度的影响规律。     

直流换流阀合成试验回路的仿真及其物理模型的建立

直流换流阀是高压直流输电工程的核心装置,其额定容量很大,在进行换流阀运行试验时,为降低试验容量,采用合成试验方法是一个合适的选择。提出了一种合成试验回路,能够正确地再现换流阀实际运行的电压与电流波形,符合运行试验的标准,而且能够满足运行试验的等效性要求。采用电力系统仿真软件Matlab/Simulink对该回路进行仿真研究,并搭建了按比例缩小的物理模拟试验回路进行验证,结果表明该合成试验回路的设计是可行的,可为高压换流阀运行试验装置的开发提供参考。     

特高压换流阀冷却系统配水仿真及试验研究

换流阀阀塔冷却系统配水均匀性是换流阀乃至大电网是否能安全稳定运行的重要影响因素之一。基于某型号换流阀阀塔结构,采用三维仿真计算及试验测试结合的方法,对其冷却系统各支路流量分配情况进行了分析,结果表明:不同进口总流量下,流量分布规律较一致;在设计流量下,各支路流量偏差率及不均匀度可分别控制在5%和3%以内,满足工程使用基本需求;同时,通过对仿真与试验结果进行对比分析,证明了仿真计算方法的准确性,为换流阀等大型水冷式电力一次设备的冷却系统配水问题提供了一种设计验证方法。     

换流阀杂散电容计算及其对MMC电压应力水平的影响

换流阀为柔性直流输电系统的核心设备,由于设备结构等因素,换流阀存在杂散电容可能会影响换流阀的电压应力水平。首先建立换流阀的三维有限元电场分析模型,通过电场分析的方法得到换流阀的杂散电容;然后在其基础上建立包含换流阀杂散电容的MMC-HVDC系统宽频带模型;并分别计算MMC-HVDC系统在正常运行和故障工况下换流阀的电压应力水平;并以此指导换流阀的设计与优化。研究表明:MMC杂散电容会导致故障工况下MMC换流阀电压应力水平的增加。     

MMC型电压源换流阀运行试验系统设计

依据模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流阀实际工程运行工况,采用等效试验的方法,设计了一种MMC型电压源换流阀运行试验系统,对换流阀的稳态工况和暂态工况进行模拟,进而实现对换流阀的导通、关断和有关电流特性的检验,并且提出了一种可行的闭环控制策略来协调3个电流环的控制,从而达到对基波电流、二倍频电流以及直流电流精确有效控制的目的。详细介绍了MMC型电压源换流阀运行试验系统的主回路设计,并以实际工程换流阀组件为试验对象,验证了所设计的MMC型电压源换流阀运行试验系统的正确性和实用性。