海拔3000m±800kV换流站阀厅及直流场空气净距计算研究

800 kV特高压直流换流站的阀厅和直流场空气净距设计是特高压直流工程的关键技术之一。海南±800 kV换流站位于青海省海南州,站址海拔2880 m,为确保换流站电气布置的合理性和安全运行,需要确定合理的直流空气净距取值,作为换流站的设计依据。由于换流站阀厅内部有空调系统调节,大气密度、温度、湿度等都不同于户外的气象温度,需特殊考虑。本文详细介绍了基于g参数法的换流站阀厅空气净距计算原理及方法,并强调阀厅空气间隙计算应避免大气密度的重复修正。直流场布置于户外,其空气温度及湿度不受空调控制,推荐采用GB311.1-2012的方法进行修正。将两种方法分别应用在海南±800 kV特高压直流换流站的空气净距设计中,推荐了阀厅和直流场±800 kV典型间隙的最小空气净距。     

±800kV滇西北至广东特高压直流 输电工程阀厅空气净距研究

以±800kV滇西北至广东特高压直流输电工程为背景,基于工程的交直流系统条件和高压直流输电换流站绝缘配合原则,提出了换流站绝缘水平。在上述研究基础上,提出了采用理论计算和数据拟合相对比的方法来获取阀厅最小空气净距。最后,从工程应用的角度计算了换流站阀厅空气净距。     

g参数修正法用于浙西±800kV换流站阀厅空气净距设计

±800 kV特高压直流换流站的阀厅空气净距设计是特高压直流工程实施中的关键技术之一。由于换流站阀厅内部有空调系统调节,大气密度、温度、湿度等都不同于标准气象条件。为此,采用g参数法对非标准气象条件下空气间隙的放电特性进行修正。该方法基于大气密度修正系数k1和湿度修正系数k2,系数k1和k2由阀厅气象条件和因子m、w共同确定,而因子m和w则取决于参数g。由于参数g在获得时需要通过待求的空气间隙距离d,因此该方法在应用过程中需要多次迭代计算。研究结果表明,采用最新的g参数曲线得到的空气净距略小于按照以往曲线所得结果,且由于误差限制该方法适用于海拔≤2000 m的修正。将该方法应用在浙西±800 kV特高压直流换流站的阀厅空气净距设计中,得到了阀厅内主要位置的最小空气净距,其中直流侧高压母线对地推荐最小空气净距≥8.7 m。     

大直径球-板结构改进间隙系数及其在特高压直流换流站空气间隙净距计算中的应用

换流站阀厅空气间隙净距的选择直接关系到特高压直流工程的安全稳定运行和工程造价。以往工程主要采用IEC提供的方法计算空气间隙净距,方法中关于间隙系数K的考虑相对简单。为此,基于阀厅内典型电极结构50%放电电压U50的试验数据,提出了新的典型间隙系数值,用于阀厅空气间隙净距的选取计算。相对于以往方法,新的间隙系数包含了间隙尺寸和电极结构的影响。在间隙距离为4～9m的情况下,对于相同球直径,随着间隙距离L的增大,K值逐渐减小;对于相同间隙距离,随着球直径D的减小,K值逐渐减小。临近一面墙使K减小1.06倍,因此需要更大的空气间隙净距。该改进方法对优化阀厅结构、减小阀厅尺寸作用明显。以±800kV工程为例的计算结果证明,部分阀厅典型空气间隙净距可缩小尺寸0.6～0.9m,优化比例达8%～34%。     

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。     

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。     

高压直流换流站阀厅空气净距计算研究

采用g参数法计算得到的最小空气净距仅是某一特定气象条件下的值,而阀厅受到空调系统调节作用的影响,温度和湿度变化多样,必然存在某种环境条件下的最小空气净距是最大的。通过对不同海拔高度下,阀厅处于不同环境条件下的最小空气净距进行计算,得到最小空气净距的最大值及其对应的阀厅环境条件,最终将该环境条件作为整个阀厅设计时最小空气净距计算的输入条件,为工程上阀厅空气净距计算提供环境条件参考。     

基于有限元的模块化多电平换流器绝缘结构分析

模块化多电平柔性直流输电换流阀中分别采用了固体绝缘和空气绝缘结构,其中空气绝缘结构是比较薄弱的一个环节,实际运行或者试验中容易发生局部放电等绝缘故障.采用三维有限元电场计算方法,通过电场分布来分析模块化多电平柔性直流输电换流阀中空气绝缘结构.在换流阀空气绝缘结构分析中,分别对换流阀层间空气间隙中、换流阀外表面空气介质中以及阀厅中阀塔之间空气间隙中的电场进行计算.通过空气间隙中电场强度和电场分布情况来分析空气绝缘介质的绝缘强度,并指导换流阀绝缘结构的设计.     

基于g参数法的直流断路器内各部件间空气净距设计

为保证组成部件繁多、电位分布复杂的高压直流断路器内各部件合理布置且绝缘可靠,文中结合南澳"160 kV高压直流断路器的研制"项目,通过仿真确定了直流断路器内各间隙的冲击绝缘水平,并通过g参数法提供了相关空气净距设计的参考依据,确保了160 kV直流断路器内部件间合理的绝缘距离,并给出了直流断路器的空气净距设计方法,为今后直流断路器的生产提供了宝贵的经验。     

±1100 kV特高压换流站阀厅金具空气净距计算研究

±1100 kV换流站阀厅空气净距的研究已经成为特高压直流输电工程设计中的关键问题之一,空气净距的决定因素是放电电压和海拔高度,g参数修正法综合考虑了大气压力、温度、湿度等因素的影响,对实际海拔下放电电压进行修正。文中基于g参数迭代法进行特高压直流阀厅金具空气安全净距的计算,并将该方法运用到准东换流站阀厅的空气净距设计中,给出阀厅内主要设备金具的空气净距值。为特高压换流站阀厅的建设提供了一定的依据。     

张北柔性直流电网换流阀故障穿越策略与保护定值优化

不同于以往端对端柔性直流工程,应用直流断路器的柔性直流电网要求直流线路故障时换流站可实现故障穿越。文中以张北柔性直流电网工程为背景,首先,建立了直流线路故障时换流阀暂态电流的数学模型;然后,基于传统阀控过流保护策略,分别提出了保证换流阀故障穿越能力的定值设计方法和保证换流阀安全性的定值设计方法,解决了传统的阀控过流保护策略无法兼顾直流线路故障下换流阀的故障穿越能力要求和站内故障时换流阀的安全性要求的问题;最后,提出了基于分桥臂闭锁的新型阀控过流保护策略,并设计了详细的动作时序。在PSCAD中搭建张北柔性直流电网仿真模型,验证了所建立数学模型的准确性和所提出策略的有效性。     

柔性直流电网单极接地短路电流计算方法

在柔性直流电网工程设计与直流断路器选型中，电网的短路电流是重要的参考依据。针对以架空线作为金属回线网络的真双极柔性直流电网，文章提出了一种单极接地短路电流计算方法。该方法的基本原理是通过建立单极接地故障时电网的状态方程求解柔性直流电网中的短路电流。以张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程为例，通过对比理论计算与系统仿真结果，证明了该方法的正确性与高效性。文中利用该方法分析了限流电抗器电感值等参数对短路电流的影响规律，为工程设计提供了一定参考。文章提出的计算方法可以广泛地适用于不同端数的基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter， MMC）的柔性直流电网工程，为柔性直流电网工程的参数设计与直流断路器的选型提供支撑。     

背靠背换流站阀厅电气设计

阀厅内的设备布置及接线设计是背靠背换流站工程设计的重点和难点内容之一。东北-华北联网高岭背靠背换流站工程是目前国内外最大规模的背靠背换流站, 阀厅布置主要包括两侧换流阀本体的布置、换流阀与换流变压器阀侧套管以及平波电抗器套管的连接、直流测量装置的布置连接、接地开关的布置连接等。阀厅的布置满足电气接线和空气净距要求, 并与各专业接口配合。     

柔性直流输电阀基控制设备硬件在环测试方法

张北柔性直流电网工程是世界首个柔性直流电网工程,对阀基控制设备的可靠性提出了更高的要求.为了更全面测试柔性直流输电阀基控制设备,提出了高压大容量柔性直流输电阀基控制设备全规模接入实时仿真系统实现硬件在环测试的方法.通过研制接口机箱,搭建了基于RT-LAB的北京站阀基控制设备全规模接入测试平台,提出了全面的阀基控制设备测...     

柔性直流换流站短路工况下直流场磁场计算建模及预测分析

对于安装有混合式直流断路器的柔性直流换流站,直流断路器分断故障电流速度快、内部换流时间短,由故障电流引发的磁场对直流场内二次设备的电磁影响尚不清楚.建立了混合式直流断路器分时段多路径的磁场计算模型,以及平波电抗器、直流母线的磁场计算模型,预测了直流侧发生双极短路故障时定海换流站和张北换流站直流场内二次设备处的磁场,获得...     

IGBT串联均衡控制方法及其高压直流装备应用可行性研究

大功率电力电子技术一般通过器件或模块串联实现高电压耐受,在常规高压直流和早期柔性直流输电换流器中,采用了晶闸管或IGBT直接串联技术。而基于模块级联的换流器技术因具备高扩展能力,成为目前柔性直流输电主流路线,同样也应用于高压直流断路器等设备中。首先,对IGBT器件直接串联的技术进行探讨;然后,分析串联IGBT开关组件在柔性直流输电、高压直流断路器等场合应用的方式,提出对应的设计方案;最后,对设计方案进行分析计算。研究结果表明,在现有的基于级联模块的高压直流断路器设备中,通过采用IGBT直接串联组件,可以有效地降低其体积和成本,但对于柔性直流换流器,该方案没有显著的提升效果。     

±320 kV厦门双极柔性直流输电工程系统设计

为了避免采用对称单极接线柔性直流工程在可靠性、绝缘水平以及大容量换流变压器运输制造上的缺点,±320kV/1 000 MW厦门柔性直流输电工程是世界范围内第一个采用双极接线的柔性直流工程。文中以厦门工程为背景对双极高压大容量柔性直流工程的系统设计展开研究。首先,通过主接线优化设计使得采用双极接线的柔性直流工程具备3种运行方式,提高了系统的可靠性。其次,高压大容量柔性直流工程中设备裕度通常较小,通过对主回路参数开展精确计算从而实现小容量可关断器件支撑工程大功率传输。最后,对比了采用对称单极接线和双极接线柔性直流工程的暂态特性,即采用双极接线的工程暂态过电压较低但暂态电流恶化。提出通过暂态电流精确解析计算方法以及优化布置等方法,确保工程可关断器件的安全性。实践表明所提设计方法是可行和有效的。     

±800kV郑州换流站户内直流开关场设计

首先分析了±800 kV郑州换流站直流开关场接线与主要电气设备参数,并进行优化。然后计算站址污秽等级,确定直流设备爬电比距,为降低设备外绝缘,将极母线设备户内布置,通过计算直流开关场空气间隙,结合设备布置,给出了户内开关场推荐尺寸。最后配合阀厅布置特点,户内直流开关场与阀厅一列,呈极对称布置。该结果对郑州换流站的设计具有一定的指导意义。     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。