特高压直流换流阀分布电容分析与测试

分布电容是影响特高压直流换流阀冲击电压特性的重要因素,在换流阀设计过程中需要进行优化控制。提出特高压换流阀系统多导体分布电容复杂电路网络的等效简化方法,研究分布电容影响冲击电压特性的机理,分析通过改善分布电容实现多级串联单元均压设计的方法。在此基础上,提出特高压工程双12脉动换流阀多阀塔分布电容简化分析模型和理论计算方法。研究大尺寸、多分立导体装备的分布电容测试方法,提出实验室条件下阀厅边界条件等效方法,测量引线误差控制方法和测量导体排列组合方法,在特高压直流换流阀真型阀塔上开展分布电容测试,验证了理论分析方法的准确性,获得了分布电容特性。     

高压直流换流阀过电压分布及其影响因素分析

换流阀是实现高压直流输电的核心设备,其在运行过程中承受来自内部和外部的各种过电压。通过提取换流阀内的寄生电容参数和寄生电感参数,建立了过电压作用下换流阀的宽频等效电路模型。在此基础上,计算了换流阀在各种过电压(操作、雷电、陡波过电压)作用下阀层的电压梯度以及阀组件的电压分布,并对其影响因素进行了分析,得到了换流阀在各种过电压作用下电压分布的一般规律。研究结果表明,换流阀系统的寄生电容参数能够影响过电压分布的电压梯度,而换流阀内各元件的参数能够影响晶闸管两端过电压的大小。最后提出了一些改善措施。     

特高压直流输电换流阀冲击暂态均压措施研究

冲击暂态工况下,实现各级晶闸管电压分布均匀是换流阀设计的重要工作。随着晶闸管串联级数的增加,电位分布不均匀的累积效应更为突出,需要研究可靠性更高的均压措施。该文提出换流阀冲击暂态建模方法,分析影响换流阀冲击电压分布特性的机理,提出配置屏蔽电容、分散式屏蔽系统、饱和电抗器集中布置等均压措施,分析各项均压措施的可行性。在真型阀塔中,构造出饱和电抗器分散、集中两种布局形式,在相同激励下,分别测试多串联单元的电压分布,验证了均压措施的合理性和可行性。     

一种基于光纤传输的宽频带冲击大电流测量系统的研究

特高压换流阀在实际运行中往往会受到雷电冲击过电压和操作冲击过电压的影响,为了检验换流阀在电力系统过电压作用下换流阀组件的均压效果,笔者开发了一套基于光纤传输的小尺寸、便携式冲击大电流测量系统,能很好地测量悬浮电位电流,其电流探头为开口式,测量时不需断开被测导线。其频带为140Hz～19MHz,灵敏度5mV/A,能测量300A以内的冲击电流,满足对大功率晶闸管阻尼回路电流测量的要求。试验结果表明,该系统能很好地测量处于高电压悬浮电位的晶闸管阻尼回路中的冲击电流。     

±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。     

单阀陡波前试验晶闸管损坏分析

在青海至西藏直流输电工程换流阀绝缘型式试验中,由于计入附加大气修正系数Katm单阀陡波前冲击试验电压达到884 kV,试验造成9只晶闸管损坏。笔者着重分析了换流阀绝缘配合设计和绝缘型式试验的技术指标,在单阀陡前波冲击试验中可不必计入大气修正系数Katm,试验的结果可以保证换流阀在高海拔地区运行的安全性。     

一起特高压换流变压器阀侧操作冲击击穿试验故障分析

特高压换流变压器是直流输电系统的核心设备,与换流阀一起作为交、直流系统的连接枢纽,其设备质量关乎交、直流电网的安全稳定运行。文中通过油色谱分析、排油内检与解体检查,分析了一起特高压换流变压器阀侧操作冲击击穿试验故障,判断故障原因为阀侧成型引线端部均压铜管存在质量缺陷,凸起尖端在操作冲击电压下诱发放电,并经成型引线表面、最外层出线角环、铁心柱屏蔽筒外层绝缘纸板形成贯穿性放电通道,最终对铁心地屏及拉板放电击穿。文中针对该次故障提出了防范措施与建议,提升了特高压换流变的质量管控水平。     

换流阀冲击均压电容的选择

对换流阀在冲击电压作用下的电压分布作了分析。在假定各元件(或组件)对地杂散电容(为C_d)和并联均压电容相同(为C)的条件下,推导出电压不均匀系数与换流阀组件数N及Cd/C的关系的工程计算公式。用此公式,可以方便地进行均压电容的选择。     

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。     

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。