垢层动态膜阻对换流阀冷却系统内均压电极动态沉积特性影响机理研究

换流阀内冷却系统发生的故障绝大多数直接或间接由内部均压电极沉积结垢导致，占比在70%以上，均压电极沉积结垢问题已成为影响整个直流输电系统的安全稳定运行的重要因素。该文建立了换流阀单个阀段内冷却系统的电场、流场、传质场三维仿真模型，引入垢层动态膜阻模型，与实际换流站的均压电极垢层厚度对比，确定了等效电导率，验证了方法的准确性。分析了垢层的动态生长规律、垢质沉积质量、垢层厚度和沉积速率，给出了相应拟合公式，确定了沉积质量、垢层平均厚度和沉积速率时间常数。沉积质量和垢层平均厚度时间常数均为1111天，极限沉积质量为377 mg，极限垢层平均厚度为1.03 mm。该文的研究成果为换流阀均压电极的垢层预测和检修除垢工作提供了可靠依据。     

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。     

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。     

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。     

贵广HVDC阀冷均压电极改造原理与实施

介绍阀冷系统均压电极结垢的诱因,以及换流器闽冷电极结垢与垫圈腐蚀议题的最新情况,对相关工程类似问题的处理与解决有着直接的借鉴意义.     

换流阀内冷却系统均压电极结垢的计算

换流阀内冷却系统中的均压电极结垢现象威胁着直流输电工程的安全可靠运行。建立了单、双和三电极3种典型结构电极系统的计算模型,提出了带电粒子由向电极聚集直至在电极表面沉积的两阶段分析方法,采用有限元法计算了不同流速冷却水及电极电流下均压电极周围带电粒子的分布特性,运用电泳沉积仿真原理计算了带电粒子在各电极体系表面沉积的过程,结果表明循环流动冷却水中电极对带电粒子的捕获存在电流阈值,工程实际条件下单、双和三电极的捕获率分别约为12.6%、33.3%和33.9%,运用电泳沉积仿真原理计算得到的结垢在形态和生长特征上与工程实际具有极高的一致性。     

基于垢层动态沉积模型的阀冷系统电极均压能力评估方法

针对缺少对阀冷系统电极结垢后电极均压能力的评判方法,提出用电压纹波因子α和泄漏电流波纹因子β表征电极均压能力的评估方法。研究了阀冷系统腐蚀与结垢机理,基于腐蚀与电沉积反应建立了电-流-传质场耦合作用下阀段均压电极动态结垢模型,并采用拉格朗日-欧拉方法计算垢层动态沉积过程引起的几何边界变化;基于电路模型和实验结果验证了所提模型的准确性,结果表明垢层动态沉积模型下的结果与测量结果一致,能够有效表征垢层动态沉积特性;最后,提出利用综合考虑各支路电压和泄漏电流波动情况的纹波因子α和β评估阀冷系统电极均压能力,获得了不同结垢程度下的电极均压能力变化规律,确定了以α_(NM)1、β_(NM)0.7为阈值的均压电极定期更换/清洗策略。     

嵊泗HVDC换流阀内水冷回路分析

:介绍了嵊泗直流输电工程晶闸管换流阀内水冷回路的结构 ,并对晶闸管换流阀内水冷回路电极的设置、直流均压设施、阀层间主水管增设伞裙、主水管顶部增加排气阀的必要性、内水冷回路支水管堵塞问题以及运行中内水冷回路冷却水的补充方案修改和水温的确定等方面进行阐述。     

高压换流阀内冷却系统散热器杂散电流腐蚀的试验研究

国内数座换流站的运行经验表明,换流阀内冷却系统中铝制散热器的腐蚀是导致均压电极结垢和水路阻塞、泄漏等问题的根源。为了研究散热器在内冷水中电解电流作用下发生杂散电流腐蚀的问题,文中搭建了典型结构的换流阀内冷却系统模拟试验平台,在模拟换流阀实际运行环境的前提下,通过模拟试验检测了各支流管电流的变化,利用软件仿真明确了散热器内部电解电流的分布,结合相关理论计算了散热器的杂散电流腐蚀量和非电腐蚀量并进行了比较分析。试验和仿真结果表明,换流阀各阀段中只有中间电位以上电位处的散热器能够用发生杂散电流腐蚀;从散热器内表面与塑料接头衔接处起向内延伸约3.7 mm的铝制内表面是发生杂散电流腐蚀的主要区域;在内冷水电导率维持在0.5μS/cm以下的现场运行环境中,杂散电流腐蚀并不是散热器发生腐蚀的最主要原因。     

两种结构形式特高压换流阀均压设计对比分析

文中结合±800 kV/5 000 A溪洛渡—浙江特高压工程受端金华站极1和极2两种结构形式的换流阀,对比分析了其在直流、工频、操作冲击、雷电和陡波冲击下的均压设计,通过PSCAD建立的换流阀宽频模型及雷电冲击下的仿真结果,论证了大组件换流阀冲击均压电容在雷电和陡波冲击电压下可以实现较好的阀段之间的均压作用,同时文中还分析了小组件换流阀在雷电和陡波冲击电压下依靠晶闸管控制单元实现的换流阀自适应耐压能力,两种换流阀均压设计理念都能够较好实现换流阀的均压和保护,对今后更深入研究特高压换流阀电气设计具有重要指导意义。     

±500kV换流站阀冷系统水质监督与结垢分析

分析±500 k V鹅城换流站阀冷系统的基本构成和运行状况,对其阀内、外水冷系统的运行水质进行监督,对均压电极结垢状况进行分析和处理,并对阀冷系统的运行维护提出一些改进建议。     

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。     

水路及均压电极布置方式对MMC换流阀阀端间交直流耐压试验的影响研究

MMC换流阀阀端间交直流耐压试验时,换流器闭锁,电容电压控制算法未投入使用,因此,子模块的均压特性受系统阻容网络的影响.根据试验录波结果,阀塔层间子模块电压分布规律为顶层和底层高,中间层低,子模块电压先发散,后趋于平衡.经过分析得到水路及均压电极布置方式对系统阻容网络有很大的影响,是试验过程中造成层间子模块不均压的主要...     

一种适用于大容量功率馈入和异步电网互联的级联换流阀

随着特高压直流输电技术的广泛应用,多回直流集中馈入带来的问题日益严重。为从换流器和电网结构两个层面有效解决多馈入直流系统的问题,该文提出一种同时具备特高压直流馈入和受端电网异步互联的级联换流阀拓扑。首先,详细介绍级联换流阀的拓扑结构及其运行特点;分析特高压级联换流阀接入对受端系统运行特性的影响。针对常规控制下级联换流阀可能出现的电压不稳定问题,提出均压附加控制策略。研究换流阀多种工作模式及工作模式间的在线切换策略,以提升系统的运行灵活性。仿真验证基于级联换流阀的直流输电系统控制策略的有效性,研究结果表明,换流阀具备直流故障清除能力和多工作模式在线切换能力;级联换流阀在多直流落点的受端电网具有较好的应用前景。     

新型换流阀均压测试方法的研究与实现

介绍了常规晶闸管组件均压测试方法,分析了晶闸管常规测试方法存在的问题。并依据当前测试方式存在的问题,提出了一种新的换流阀均压测试的方法,该方法解决了晶闸管在高频、低频及直流电压作用下的均压效果测试问题,能快速发现并定位故障元件,相比常规测试方法,提高了测试效率和测试准确度,保证了换流阀长周期安全稳定运行,避免了因为晶闸管故障导致的直流系统闭锁事故。     

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。     

基于非对称IGCT的PWM整流器换流分析与试验

基于非对称集成门极换流晶闸管(IGCT)的脉宽调制(PWM)整流器具有可靠性高、导通损耗小和易于实现有功与无功解耦控制的优点,是高压输电线路直流融冰的新选择。针对非对称IGCT的PWM整流器,根据不同状态的换流阀承受电压,建立了整流器的等值分析电路。基于等值分析电路,开展了换流阀的换流分析,研究了存在的过电流关断电压峰值。在此基础上,提出了换流阀的参数设计方法,研制了基于IGCT的换流阀,搭建了过电流关断试验和串联均压试验的试验平台,开展了物理试验研究,结果表明,所设计的参数满足IGCT安全工作要求,而且具有良好的动态和静态均压效果。     

高压直流换流站换流阀开关电磁瞬态特性实验研究

高压直流换流站中,换流阀开关电磁瞬态是稳态电磁骚扰分析和换流器均压设计的关键考虑因素.因此基于高压换流阀运行实验系统搭建了换流阀开关瞬态特性测量系统,获得了换流阀开通和关断过程中电压、电流瞬态波形,分析了电压、电流和磁场的频率特性,研究了换流阀工作电压、工作电流和结温对开通和关断过程的影响.结果表明,开通过程中电压呈指...     

±800kV特高压直流工程换流阀故障分析与优化设计方法

某国外技术路线换流阀在±800 k V特高压直流输电工程运行中暴露了一些技术缺陷,如逆变侧换流阀会出现换相失败、直流均压电阻运行温度(90~100℃)过高和阀基电子设备(VBE)冗余设计缺陷等。为了消除这些技术缺陷,根据理论分析和工程现场故障录波得到各技术缺陷机理,分别提出了对应的优化设计方案。提出了基于晶闸管电压幅值和电压变化率双重判据的反向恢复期保护电路,避免保护误动引起换相失败;提出了将直流均压电阻通过散热器转接板固定在原晶闸管散热器的设计方法,降低了直流均压电阻运行温度,换流阀运行试验表明各种运行工况下,直流均压电阻温度均63℃;提出了双系统运行进程实时跟随技术的VBE设计方法,有效避免单系统误判换流阀故障导致跳闸,确保VBE在运行中可无缝切换。优化设计后的换流阀在哈密-郑州±800 k V特高压直流输电工程试点应用,通过了现场系统调试和试运行。结果表明原有问题都已经解决,已经正式投入运行超过18个月,运行情况良好,进一步提高了该工程的可靠性。该优化设计方案可以进一步推广应用到其他工程。