±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。     

国家电网全球能源互联网研究院

<正>特高压直流换流阀运行试验系统最大稳态电压80kV最大稳态电流6250A最大故障电流:55kA可完成±1100kV/5500A、±800kV/6250A直流换流阀的最大稳态、最大暂态、恢复期正向电压等IEC标准规定的全部运行试验,以及灵活交流输电阀运行试验。     

6250A/±800kV特高压直流换流阀设计

当前我国在运的直流输电工程额定电流最高5 000A,额定功率最高8 000MW。更大容量的2个6 250A直流输电工程已经开工建设。换流阀是高压直流输电的核心设备,介绍了即将应用于某直流工程的6 250A/±800kV特高压换流阀的主要技术参数、电气设计方案、结构设计方案以及阀控系统设计方案等,并重点介绍针对电流提升的优化设计。优化后的6 250A/±800kV换流阀性能优良、可靠性高,满足工程应用要求。     

锡盟—泰州±800kV/6250A特高压直流输电换流阀优化设计及型式试验

锡盟-泰州直流输电工程是世界上首个将±800 kV直流输电容量由8 000 MW提升到10 000 MW,额定电流提升至6 250 A直流输电工程。介绍了该工程泰州站6 250 A换流阀组件主要技术参数,并重点介绍6 250 A换流阀电抗器通流的优化设计,阻尼回路优化设计,光纤冗余触发系统优化设计,组件水路优化设计。优化后的±800 kV/6 250 A换流阀通过型式试验,满足工程应用要求。     

±1100kV/5000A特高压直流输电换流阀非周期触发试验仿真研究与试验验证

换流阀是直流输电工程中的核心设备,除电气设计及结构设计均比较复杂外,电器元件的选择也是核心工作,随着大功率电力电子器件的飞速发展,其技术的先进性和运行的可靠性也得到了大幅度提升,6英寸晶闸管现已在特高压直流输电换流阀上得到了普遍使用。换流阀在挂网运行之前需要对其进行绝缘型式试验,绝缘型式试验是对换流阀的绝缘性能进行全面的考核,文中将对±1 100 kV直流输电换流阀绝缘型式试验中的非周期触发试验进行研究,非周期触发试验是对换流阀考核最为严格和全面的一项试验,旨在考核换流阀在操作冲击电压下通过冲击电流的能力,同时也考核了VCM对换流阀晶闸管器件开通和关断的控制及保护能力。笔者利用PSCAD仿真软件对±1 100 kV换流阀的非周期触发试验进行了仿真分析,分析结果可知,给单阀施加规定的操作冲击电压574.4 kV时,单阀通过冲击电流的能力约为6 045 A,并得到试验验证。     

±1100kV特高压换流阀直流耐压试验方法研究

为满足±1 100kV特高压直流换流阀绝缘型式试验实施,针对±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验实施方法进行了研究,通过理论分析,仿真计算以及利用ANSYS有限元软件进行电场强度计算,依据现有试验条件,计算得出电场强度最大值为22kV/cm,低于空气击穿场强30kV/cm。若不考虑气候条件的影响,现有试验室空间、试验方法设计及设备满足±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验的要求。完成了满足IEC标准特高压换流阀直流耐压试验要求的试验原理及试验方法研究,为±1 100kV特高压换流阀直流耐压试验的实施提供了理论依据。     

±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。     

±800 kV特高压直流锡盟站换流阀运行试验及特殊试验

±800 kV锡盟—泰州特高压直流输电工程是中国大气污染防治行动计划的12个重点项目之一,换流站直流额定电压±800 kV,额定电流6 250 A,输电能力达到1万MW,是世界上第1条千万千瓦级的特高压直流输电工程。为保障直流输电系统运行的安全性与可靠性,在换流阀安装投运前产品必须通过型式试验的验证。西安高压电器研究院利用换流阀运行试验合成回路,模拟特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了锡盟站晶闸管阀的运行型式试验和附加特殊试验,验证了锡盟工程换流阀的设计可靠性,相关试验数据为晶闸管和换流阀的生产商及相关技术人员提供了设计参考。     

新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程换流阀晶闸管设计优化

新一代标准化±800 kV/8 GW特高压直流工程对换流阀晶闸管性能及可靠性提出更高要求。通过分析新一代标准化特高压换流阀设备的性能提升需求,明确了晶闸管产品的性能参数优化目标;在以往工程晶闸管研制的基础上,研究了进一步提升电流性能、降低通态压降、提高动态参数一致性及安全裕度的优化设计与工艺改进方法,完成了2种国产技术路线的新一代标准化±800 kV/8 GW特高压直流工程用8.5 kV/5 500 A晶闸管产品设计,并通过专项试验对比分析不同技术路线晶闸管产品的性能特点。研究及试验结果表明,经优化设计后,2种国产晶闸管产品的通态压降与通流特性均得到提高,动态参数一致性更优,安全裕度进一步提升,2种国产晶闸管产品均能够满足新一代特高压工程要求。     

±1100kV特高压直流输电晶闸管阀运行试验系统设计

为满足我国特高压直流输电发展和建设的需要,提出了满足±1 100kV特高压工程换流阀运行试验系统的设计。根据±1 100kV特高压工程规范,提出了预期运行试验参数,从运行试验系统的一次电气原理设计、二次控制保护设计和测量监测设计3个方面进行讨论和研究,最终通过仿真手段对电气原理和控制系统原理进行了验证。研究结果表明,±1 100kV特高压工程换流阀运行试验系统设计是可行的,可以满足所有运行试验的要求,更加符合换流阀设计的特点,能够达到试验检测目的。该试验回路建成,可以满足±1 100kV工程阀15级串联同时进行运行试验,也将成为世界上容量最大的运行试验回路,可以为我国±1 100kV直流输电工程研发和工程建设提供保障。     

±800kV浙西换流站直流场雷电侵入波过电压研究

雷电侵入直流换流站对系统的安全运行有重要影响。对溪洛渡—浙西±800 kV直流输电工程的浙西换流站直流侧的雷电侵入波进行了详细仿真计算分析,结果表明:计算设备最大对地电压时,选择直流负极设备进行,计算设备两端最大电压时,选择直流正极设备进行;特高压直流换流站进行绕击侵入波计算时宜取20 kA的负极性雷电流作为雷电流幅值;直流极母线雷电过电压计算采用单极大地回路运行方式,换流站直流场各设备过电压均未超过规定值;直流中性母线雷电过电压选择金属回线运行方式,直流场各设备对地电压、平波电抗器两端以及隔离开关断口电压都没有超过安全运行电压,不会对换流站直流场的运行造成危害。     

±1100kV特高压直流换流站过电压保护和绝缘配合

为合理确定±1 100 kV特高压直流换流站的绝缘水平,基于准东—成都±1 100 kV特高压直流输电工程,根据特高压换流站的绝缘配合方法,对准东换流站的绝缘配合进行了研究。根据特高压直流换流站避雷器布置基本原则,并结合现有±800 kV特高压直流换流站的绝缘配合经验,提出了±1 100 kV准东换流站的避雷器布置方案,详细分析了换流站交流侧、阀厅、直流母线和中性母线等不同区域的过电压保护策略,最后根据推荐的设备绝缘裕度确定了换流站设备的绝缘水平,直流侧1 100 kV直流极线的雷电冲击和操作冲击绝缘水平推荐为2 600 kV和2 150 kV;直流极线平波电抗器阀侧设备和高压端Y/Y换流变阀侧设备的绝缘水平建议取为一致,雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为2 500 kV和2 250 kV。研究结果对换流站设备的选型和制造具有重要指导意义,将为该特高压工程建设提供重要依据。     

±800 kV溪洛渡-浙西直流输电工程换流站直流暂态过电压

特高压直流换流站的过电压水平对换流站设备的绝缘配合和系统的安全可靠运行等方面都有直接影响。基于溪洛渡-浙西±800 kV特高压直流输电工程,对两端换流站的高压端Y/Y换流变压器阀侧绕组接地、低压端Y/Y换流变压器阀侧绕组接地、交流侧相间操作冲击、全电压起动和直流极线接地等典型故障工况进行了仿真研究,给出了溪洛渡换流站和浙西站的相应避雷器承受的最大过电压和能量。计算结果可为该特高压工程换流站设备的绝缘配合设计及相关设备的选型、制造和试验等提供依据。     

交直流线路同塔输电对换流变直流偏磁的影响

华东地区输电线路走廊资源紧缺,为了充分利用架空线路走廊,将出现特高压直流线路与交流线路同塔架设的情况.根据规划的宁东-绍兴±800kV特高压直流主回路参数和华东地区交直流同塔线路数据,采用EMTDC建立了交直流输电系统的仿真模型.计算了交流线路输送功率、直流系统运行工况以及同塔段位置对直流线路工频感应分量的影响,给出了工频感应分量沿直流线路的分布规律.研究结果表明,由于直流线路上的工频感应分量与直流额定电压和电流相比很小,故对直流滤波器、平波电抗器和换流阀的参数选择影响不大,而工频感应分量所引起的换流变压器(简称换流变)阀侧直流偏磁电流则会对换流变正常运行产生一定程度的不利影响.最后,根据换流变可承受直流偏磁电流的能力,给出了可能的同塔架设的长度,并提出了限制直流偏磁电流的措施.     

交流线路对平行架设特高压直流线路的影响及限制措施

随着电力需求的不断增长以及输电线路走廊资源的紧缺,在一些地区可能出现特高压直流线路与交流线路平行架设或同走廊的情况。根据向家坝—上海南汇±800kV特高压直流主回路参数和规划的1 000 kV交流线路数据,采用EMTDC程序建立了特高压交/直流输电系统的仿真模型。计算了交/直流线路不同平行架设长度、不同接近距离下特高压直流线路上感应的工频电压、电流。研究了换流变阀侧直流偏磁电流与直流线路工频感应电流的关系,给出了换流变阀侧直流偏磁电流的计算结果。最后对交/直流线路的平行长度,它们之间的接近距离以及抑制换流变压器阀侧直流偏磁电流的措施提出了建议。     

特高压直流输电设备设计综述

高压直流输电已发展成为成熟的技术,典型的电压等级为士500kv。在中国正在运行的几个直流系统中,单条直流系统完整双极的输送容量已达3GW。同时,还有几个电压等级为800kv的UHVDC系统正在建设中,并计划从2009年中期开始陆续投入商业营运。在±800kV直流运行电压基础上,随着通电流能力的不断增加,直流系统的输电能力将会达到双极7．2GW的输送容量。电力技术的长足进步,有赖于强有力的HVDC换流站设备设计的研发工作和长期以来积累的设备制造经验。文章总结了设备设计技术攻关方面的难点,并介绍了UHVDC换流站设备技术的现实情况。     

±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。     

UHVDC高端换流变阀侧电压PCOV的一种数字仿真模型

高端换流变阀侧电压的持续运行最大峰值（peak value of the continuous operating voltage,PCOV）是特高压直流换流站直流避雷器参数设计和绝缘配合方案评估的一个重要数据。利用RTDS的非实时运算功能,本着尊重实际工程事实的原则及突出关键点、保留关联点和等效次要点的基本方式,通过采用自定义阀元件模型、低端换流器等效为可调直流源、控制系统依运行特性最简化等建模技术,建立了一种能够模拟换相过冲暂态过程、计算高端换流变阀侧电压PCOV的数字仿真高频模型,并且以向家坝-上海SymbolqB@800 kV直流输电工程为实例,从不同运行工况和不同设备参数的角度对模型准确性和可用性进行了分析和验证。     

±800 kV特高压直流输电系统谐波研究

以国内±800 kV特高压直流输电工程为研究背景,采用理论分析和数学推导的方法,分别研究了忽略直流输电系统换流器换相过程和考虑换流器换相过程两种情况下,换流站交流侧的特征谐波情况。同时,也对换流站直流侧的谐波情况进行了分析。在上述研究分析的基础上,以实际的±800 kV特高压直流输电工程为例,采用特征谐波潮流算法和迭代谐波算法相对比的方法,对换流站交流侧和直流侧的谐波进行了计算。结果表明,利用迭代谐波算法来计算特高压直流输电工程的谐波含量是可行的。     

±800 kV特高压直流输电系统主回路参数研究

为制定直流系统的控制策略并提供基本的稳态控制参数,以向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程为依托,根据直流输电的基本理论并结合特高压直流系统的特点研究了主回路参数,提出了特高压直流系统的基本控制策略,以及2组12脉动换流器串联(400kV+400kV)构成±800kV特高压的全新换流站接线方案和灵活的运行接线方式。在主回路参数研究和设计中分析了影响主回路参数设计的关键因素,给出了特高压换流站主设备的参数,为特高压直流技术研究提供了基础数据。