晶闸管换流阀饱和电抗器磁饱和特性的仿真分析

应用电磁场有限元仿真工具,建立了阀饱和电抗器的静磁场模型和场-路耦合模型,计算了饱和电抗器的有效电感和电压时间面积,并对其中的铁芯磁饱和特性进行了仿真分析。     

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。     

考虑磁致伸缩效应的可控饱和电抗器电磁振动分析

可控饱和电抗器由于其优良的工作特性,在电力系统和有色冶金等多种行业得到了广泛的应用。作为补偿用电设备,可控饱和电抗器能连续不断地调整其电抗值,改变其容量。由于可控饱和电抗器铁心结构的特殊性及交直流共同作用的工作特点,铁心的振动噪声较大,其振动噪声问题成为可控饱和电抗器应用发展的制约因素之一。本文基于开源型有限元分析软件建立了磁路-机械耦合模型,考虑电磁力与磁致伸缩效应作用,完成了不同工作状态下铁心磁场和振动的数值分析,得到了其磁场、振动的分布情况,为在设计上减少电抗器振动噪声提供理论依据和计算方法。     

±800 kV特高压复龙换流站西门子大组件换流阀饱和电抗器陷分析与改造

±800 kV复龙换流站双极四阀组换流器采用西门子技术大组件换流阀,其饱和电抗器结构复杂、可靠性低,运行时冷却管路极易漏水,多次导致阀组闭锁。文中在分析西门子阀电抗器典型缺陷的基础上,结合特高压直流输电工程实际,设计研制了一种西门子换流阀用新型一体式饱和电抗器,并成功应用于复龙站换流阀电抗器改造。试验结果表明：新型饱和电抗器采用的单线圈和单管路设计,既保持了电抗器外部电气性能、冷却水流量特性、安装结构尺寸及重量等基本不变,还显著提高了电抗器冷却水路的可靠性,也降低了运行振动受力及噪声水平,可满足特高压直流工程技术与应用需要;对于提高换流阀设备本质安全、保障直流系统能量可用率具有重要的工程价值。     

特高压直流换流阀电抗器端子发热问题探析

在电力的传输过程中,传输距离越长,电能损耗越大,对于这个问题,可以通过提高电压的方式进行解决,高压乃至特高压输电技术也因此得到了发展。就目前而言,高压直流输电中的直流电流已经达到了5 000 A,在提高输电效率、减少电能损耗的同时,也使得一些核心通流器件的设计裕度越来越小,偶尔还会出现换流阀电抗器端子过热的问题,影响输电安全。对特高压直流换流阀电抗器端子的发热问题进行深入探究,提出相应的解决策略。     

HVDC换流阀用饱和电抗器的建模及仿真

电路仿真是实现HVDC换流阀优化设计的最主要手段,饱和电抗器作为换流阀中保护晶闸管的主要器件,其电路模型的准确与否关系到整个换流阀仿真的准确性。饱和电抗器的电路模型可以等效为非线性电感与非线性电阻的并联。本文利用磁性材料的BH曲线,获得了饱和电抗器的非线性电感特性,通过分析冲击放电试验结果获得了饱和电抗器的电阻特性,从而建立了饱和电抗器的等值电路模型。通过仿真不同电压等级的冲击放电试验,结果与试验一致,从而验证了模型的有效性。     

双级磁阀可控电抗器振动特性试验研究

磁致伸缩效应是变压器、电抗器铁心振动的主要原因,文中基于内能机械能守恒理论,分析了双级磁阀可控电抗器铁心正常运行和含有直流分量时的振动机理,并通过搭建振动试验测量平台,测量了电抗器正常空载情况下铁心上不同点振动加速度,分析了相应的振动特性。进一步对直流偏磁情况下的双级磁阀可控电抗器振动特性进行测量。结果表明:电抗器铁心振动随直流分量的增加而增大,波形畸变程度加剧,各次谐波都呈现增加趋势,且增幅各异。研究结果验证了双极磁阀电抗器铁心直流偏磁振动特征,同时为后续的减振降噪提供了试验基础。     

高压直流换流阀用饱和电抗器的暂态电路仿真模型

为了定量研究高压直流(HVDC)换流阀的开通和关断电气应力,建立了饱和电抗器的暂态电路仿真模型。将饱和电抗器模型等效为1台空载变压器,其漏感和励磁电感分别对应于饱和电抗器的空心电感和铁芯电感;为了避免微分运算带来的误差,将饱和电抗器的非线性铁芯电感等效为伏秒数受控的电流源模型,这样不仅可以提高运算精度,而且可以增强求解过程的收敛稳定性;在传统波穿透理论基础上,进一步考虑了硅钢片"由内而外"的径向逐渐饱和过程,给出了饱和电抗器的涡流电阻模型,大大提高了仿真模型的准确度。通过电容器冲击放电试验验证了饱和电抗器电路仿真模型的优越性。     

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。     

特高压直流换流阀电抗器端子发热问题研究

高压直流输电工程的直流电流已从3 000 A逐步增大到5 000 A,一些关键通流器件(如阀电抗器)的设计裕度变得越来越小,甚至出现少量阀电抗器端子过热的情况。针对特高压大组件换流阀电抗器端子发热的问题,理论分析了端子发热的主要原因,并建立了Ansys热场仿真模型,同时对增加U型母线后的电抗器端子及其连接母线进行了相关试验,结果表明在电抗器端子处增加U型母线能够有效降低端子处的温度,是一种值得推荐的解决大组件阀电抗器端子发热的有效方法。     

高压直流输电换流阀阀塔漏水检测功能设计与实现

针对高压直流输电换流站现场换流阀阀塔的漏水检测需求,提出了一种采用光信号回路检测方法。方案中包括水位计和检测模块两个部分,两者通过光纤连接。检测模块自发自收光信号,当阀塔漏水时,集水器将泄漏的水汇集到水位计,水位计检测水位,阻断信号光纤检测信号,检测模块检测不到光信号,则产生相应事件。采用本方案研制的漏水监测装置,监测准确、可靠,满足现场检测要求,已在哈密至郑州等多条高压直流输电工程中应用。     

特高压直流换流阀试验能力提升技术

为满足洲际能源互联应用要求,需要开发±1 100 kV、6 250 A的特高压超大容量直流换流阀技术。针对特高压超大容量直流换流阀研发需求,以国家电网公司重点实验室（电力系统电力电子实验室）现有试验能力为依托,完成了试验能力提升系列技术研究工作。通过搭建直流及冲击试验装置电磁分析模型,研究了装置表面电场分布特点及场强变化规律,提出了场强抑制措施,通过优化实验室屏蔽系统和改善屏蔽罩曲率半径等方法,完成了绝缘试验能力提升。针对换流阀的运行试验能力,通过优化整流变配置,提升水冷系统参数,设计新型故障电流拓扑等工作,使得运行试验直流电流试验能力提升至7 500 A,故障电流试验能力提升至60 kA,完成了运行试验能力提升。通过试验证明了±1 100 kV、6 250 A等级换流阀试验能力提升的正确性和有效性。     

特高压直流输电工程阀厅接地开关布置优化(英文)

The switches installed in converter station valve halls in Xiangjiaba-Shanghai ±800 kV UHVDC project are expensive and maintenance inconvenience.Two optimization schemes of the valve hall grounding switches for researches on the function and operation of the switchers are presented.The two schemes are both studied in detail,with one way of abolishing all grounding switches on transformer valve side,and another way of partly cancelling the switches.Detailed analysis is further carried out for the feasibility and the pros and cons of the two schemes.Based on the comparison of two schemes,the partial reduction of grounding switches is selected to get a simulation with an EMTDC model.Plus in order to verify the reliability of the simulating results,a field test is carried out in Fengxian converter station with the partly switches cancellation scheme.The test results proved that using only one switch can still release residual charge in the valve hall in a relatively short period.Optimized designs of the valve hall switches can save both space and costs of the project.     

特高压直流换流站阀厅屏蔽效能及设计要求

为了研究特高压直流换流站阀厅的屏蔽效能和设计要求,提出了频率在150 kHz～80 MHz范围内、电场强度≤1 V/m射频干扰强度(120 dB,基准1μV/m对应0 dB)作为邻近换流阀厅外侧的控制指标。结合换流站现场实测数据进行相应的分析及计算,提出阀厅屏蔽设计要求:(1)屏蔽效能目标值取≥20 dB;(2)阀厅屏蔽一般采用直径6 mm、网孔面积200 mm×200 mm的钢筋网;(3)如果墙壁直接采用双层0.6 mm厚镀铝锌压型钢板,每隔30 cm用铆钉连接,两板重合部分宽度5 cm,则单层板在≤10 MHz范围内的屏蔽效能40 dB,也可满足要求。     

HVDC换流器故障隔离及重启策略优化

针对某特高压直流工程换流器故障隔离及重启耗时长、停电范围大、造成功率损失等问题,在分析故障机理的基础上,提出了一种优化后的故障隔离及重启策略。优化了换流器保护区域,改进换流器保护区域的连接方式,并增设快速断路器加速故障隔离及重启过程;优化故障隔离及重启策略,利用换流器移相控制策略快速限流,利用快速断路器动作缩小故障隔离范围,避免极隔离、极重启和大规模切机、切负荷的发生。仿真验证表明,优化后的故障隔离及重启策略总耗时低于0.5 s,仅隔离故障换流器,保证了健全部分持续传输功率,显著提升了特高压直流输电的可靠性和经济性。     

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。     

特高压直流换流阀低压加压试验的研究

换流阀低压加压试验是对换流变压器、换流阀以及控制保护系统构成的整体所进行的整组模拟试验,是换流站系统调试前必须要进行的试验项目。本文以特高压金华换流站为例,对换流阀低压加压试验中参数选择和试验方法进行了详细的分析,提出了验证触发角的新方法,具有重要的现实意义。