柔直换流阀用相变冷却工质击穿特性研究

相变冷却技术冷却效率高、安全可靠,有望攻克柔直换流阀散热瓶颈,实现其高压、大容量发展,在换流阀冷却领域具有良好的应用前景。为实现相变冷却换流阀绝缘系统可靠设计,该文设计研制了三相态相变冷却工质可调频绝缘特性测试专用平台,并以换流阀用相变冷却工质为研究对象,依据换流阀典型运行工况,利用专用测试平台开展了相变冷却工质三相态、50~300 Hz频率范围的绝缘击穿特性研究。得到了相变冷却工质击穿特性随工质相态及电压频率的变化规律,分析了相变冷却工质不同相态的击穿机理,揭示了工质相态和电压频率变化对冷却工质击穿特性的影响机制。研究工作不仅解决了高频下相变冷却工质的三相态耐压测试方法问题,且所得研究成果为相变冷却柔直换流阀的绝缘设计奠定了基础,同时可指导相变冷却技术在其他电力电子器件及装备上的应用。

HVDC换流阀阀塔漏水检测装置研制

针对高压直流输电工程对换流阀可靠性的要求,研制了一种新型的安装在换流阀阀塔底部的漏水检测装置。装置利用漏水产生的浮力,使浮子上浮,带动检测装置的光模块内的轴发生转动,从而使轴内的光信号通道发生错位并阻断,产生相应的阀塔漏水报警信号。针对该原理分析了浮子的运动过程;并根据分析结果设计了浮子和集水容器,研究了容器中出水孔半径、高度对漏水流量检测的准确性和时效性的影响;针对漏水检测装置的可靠性、免维护性要求,设计研制了漏水检测装置样机,并通过试验验证,在国内特高压直流输电换流阀工程上得到了应用。

HVDC阀水冷系统主循环回路电动阀隐患分析

文章以鹅城换流站阀水冷系统为例,通过分析主循环回路中电动阀的控制逻辑,指出其中存在导致直流系统闭锁的隐患,提出的应对措施避免因电动阀门故障导致直流系统闭锁,保证了换流站的安全稳定运行。

MMC水冷系统故障分析与参数设计

水冷系统是模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)必不可少的辅助系统,其正常运行是换流阀可靠工作的保证。这里以南京220 kV模块化多电平统一潮流控制器(Modular Multilevel Unified Power Flow Controller,MMUPFC)为研究对象,对MMUPFC及换流阀水冷系统进行了结构介绍。其次,针对目前MMUPFC正常运行时水冷系统去离子支路出现漏气的问题,在ANSYS-FLUENT仿真软件中对MMUPFC水冷系统去离子罐内液-气进行了多相流仿真建模,对故障形成机理进行了理论分析和研究。通过仿真研究,对水冷系统去离子罐内液位参数进行了设计。最后,在南京220kV MMUPFC换流站对水冷系统参数设计进行了实验验证,实验结果验证了这里设计的正确性和合理性。

特高压换流站主循环泵泵轴拆装平台与操作控制方法研究

为了满足特高压换流站阀内水冷系统核心设备主循环泵运维过程中泵轴拆装需求,提高运维效率,分析了换流站水冷系统构成和工作原理,对比了主循环泵的特点;利用ZigBee通信、压力传感、人机交互等技术,设计了一种针对卧式离心主泵泵轴高效拆装的平台及其操作终端,研究了该平台的操作控制方法;通过三维仿真,与已有泵轴拆装平台进行了对比。结果表明,该平台在智能化、工作效率、操作控制等方面均具有明显优势,能够满足多个场景泵轴和紧固连接元件拆装需求,具有推广应用价值。

基于层次分析法与改进D-S理论的阀水冷系统状态评估

为了及时评估保障换流阀可靠运行的阀水冷系统运行状态,首先,分析了换流站阀水冷系统整体构成,选取主要历史数据和实时数据构建了评估指标体系,通过三角形函数和半梯形函数以及专家调查法确定各个指标的隶属度;其次,基于层次分析法确定各个评估指标权重,改进D-S理论建立阀水冷系统运行状态评估模型;最后,通过采集实际工程阀水冷系统主要指标数据对模型进行了验证,并以阀水冷系统滤芯清洗前后数据为例对评估结果进行了对比。结果表明,所建模型能够对阀水冷系统运行状态做出准确识别和评估,有利于运维人员及时掌控阀水冷系统运行状态,保障其可靠运行。

基于RF-BiLSTM的柔直阀冷入阀水温预测及冷却能力评估

为实现柔性直流(voltage sourced converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)换流阀冷却系统入阀水温的智能预测,文中提出一种基于随机森林(random forest,RF)和双向长短时记忆(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)网络混合的柔直换流阀冷却系统入阀水温的预测模型,并以此为基础对柔直换流站阀冷系统的冷却能力进行评估。首先,采用RF算法对由阀冷系统监测变量组成的高维特征集进行重要性分析,筛选出影响入阀水温的重要特征,与历史入阀水温构成输入特征向量。然后,将特征向量输入到BiLSTM预测模型,对模型进行训练并实现对入阀水温的准确预测和冷却能力定量评估。最后,以广东电网某柔直换流站为实例对所提方法进行分析,验证了所提出的基于RF-BiLSTM的混合模型预测精度优于BiLSTM模型、RF模型、支持向量机(support vector machine,SVM)模型和自回归滑动平均模型(auto-regressive and moving average,ARMA)模型,并且实现了冷却能力的定量评估。结果表明该换流站冷却裕量达98%,存在过度冷却、能源浪费的问题,与换流站现场运行情况相符,验证了文中所提方法的有效性和准确性。

换流阀冷却系统频繁补气排气的原因分析及解决措施建议

阀冷系统为对换流阀进行冷却,是直流换流站的重要组成部分。通过对历史运行数据进行统计分析,总结某换流站运行过程中3套阀冷系统内冷水稳压装置频繁补气、排气的原因,并提出了相应的改进措施。

换流阀内冷水系统充水排气管控方法研究

介绍了换流阀阀冷系统的主要结构和基本工作原理,分析了在不同运行环境下内冷水系统产生气泡的原因和危害。对内冷系统充水排气工作提出整改措施及防范建议,为后续阀冷系统的运行维护提供保障。

换流站阀冷系统设计缺陷与改进措施

介绍换流站阀冷水冷系统和阀冷控制系统基本原理。分析深圳换流站、肇庆换流站和广州换流站阀冷系统普遍存在的一些关键薄弱环节,如传感器冗余问题,主泵薄弱环节等,针对存在的薄弱环节提出了改进措施,例如改造传感器的电源,采用冗余传感器,对其他换流站具有积极的借鉴意义。

柔性高压直流输电系统换流阀塔交流电场仿真计算

为提高柔性高压直流换流阀塔绝缘设计的可靠性,采用Solid Works软件建立了换流阀塔3维模型,并基于ANSYS软件对阀塔金具表面电场强度进行了仿真计算。基于电流场对阀塔内水路进行分析,将计算得到的水路表面电位作为静电场区域的第1类边界条件,进而对全场域进行求解,从而解决电流场和静电场的耦合问题。分别计算了有、无水路时的阀塔电场分布。结果表明,在进行阀塔交流耐压试验时,水路对阀塔电场分布的影响较大;与无水路模型相比,有水路时阀塔表面的最大电场强度以及其出现位置均发生了变化。因此在进行电场仿真计算时,需要考虑水路的影响。

±500kV换流站阀水冷系统隐患分析治理

以±500 kV德阳换流站为例,介绍了主泵轴封渗水及均压电极腐蚀结垢两项可能导致直流设备停运的典型阀水冷系统隐患。通过多次处理轴封缺陷,并在设备运行过程中连续跟踪分析,基本确定气蚀振动是引发轴封渗水的原因。因此提出从电机选型、电机控制及主泵进出水管路改造三方面防控此类隐患的意见,并确定最经济稳定的改造方案为主泵进出水管路增加旁路的方式。利用停极机会检查电极结垢、腐蚀情况,判断电极结垢可能对直流输电系统造成的影响。通过结垢成分分析确定引发电极结垢的设备原因,采用冷却水介质换型解决了因水质原因而造成散热器腐蚀隐患。根据内水冷密闭结构提出了增加气囊的改造方案,在含氧量方面进行电极结垢控制。两项隐患的分析治理过程对新投换流站相关设备的选型及设计都有一定的指导意义,为已投换流站类似隐患分析提供了参考依据。

灵宝背靠背直流工程系统调试中的关键技术分析

灵宝背靠背直流联网输电工程是我国直流输电国产化的示范工程,该工程的系统调试是第一次依靠国内技术力量调试全部国产化设备。介绍了系统调试中几个关键技术问题的分析和解决过程:系统调试方案的编写过程;在换流站两侧均为单回交流进线的情况下交流系统单相瞬时故障点的选择和试验方法;最后断路器跳闸功能的原理、配置原则及软件和硬件的完善;换流站阀冷却变频器控制保护功能的完善。这几个关键技术问题的解决保证了系统调试的完成以及该工程的顺利投入运行。

换流阀内冷却系统均压电极结垢分布规律

高压直流输电换流阀内冷却系统的冷却结构具有多种类型,但均不能规避针形均压电极的表面结垢问题。现场测量和统计了四重阀塔螺旋型主水路、二重阀塔S型主水路、并联型阀组件内水路等典型结构阀内冷水路中的均压电极结垢厚度分布,统计分析了电场和流体场等环境因素对电极结垢分布情况的影响,计算了内冷水路不同位置均压电极的电流大小及其表面电场分布情况,仿真分析验证了电极电压极性和电流对结垢分布情况的影响。结果表明,均压电极的相对电压极性是影响其结垢程度的主要因素,阀塔和阀组件中高电位处正极电极表面更易形成结垢,结垢厚度与电极表面阳极方向电流直流分量的大小呈正相关,电极表面结垢形态与电极电流的分布情况具有明显的一致性。

特高压换流阀冷却系统配水仿真及试验研究

换流阀阀塔冷却系统配水均匀性是换流阀乃至大电网是否能安全稳定运行的重要影响因素之一。基于某型号换流阀阀塔结构,采用三维仿真计算及试验测试结合的方法,对其冷却系统各支路流量分配情况进行了分析,结果表明:不同进口总流量下,流量分布规律较一致;在设计流量下,各支路流量偏差率及不均匀度可分别控制在5%和3%以内,满足工程使用基本需求;同时,通过对仿真与试验结果进行对比分析,证明了仿真计算方法的准确性,为换流阀等大型水冷式电力一次设备的冷却系统配水问题提供了一种设计验证方法。

广州换流站阀冷却系统闭锁逻辑分析与改进

南方电网各高压直流输电工程的运行经验表明,阀冷却系统的故障或误动是造成直流输电系统强迫停运的重要原因之一。通过介绍高压直流输电阀冷却系统的工作原理,分析阀冷却系统的主要组成设备及作用,找出广州换流站阀冷却系统导致直流系统跳闸的直接因素与间接因素并提出改进建议。最后,介绍阀冷却系统运行过程中的故障实例及对广州换流站阀冷却系统所采取的相应改进措施。

高压直流换流阀散热器腐蚀机理及防控技术研究

目的研究高压直流换流阀散热器的腐蚀机理及其防控技术。方法通过搭建散热器水冷系统运行平台,搭载化学镀镍和未镀镍两种不同的水冷散热器,研究水冷内流道的腐蚀情况及其影响。通过SEM及元素分析仪分析腐蚀情况及腐蚀产物的组成,并通过万能试验机对金属材质的力学性能进行研究,推导腐蚀机理。另外,对比镀镍和未镀镍水冷器换热效率的变化规律。结果成功搭建能评估水冷散热器腐蚀性能的试验平台,且在试验平台模拟下,镀镍的水冷散热器在水冷设备上运行3个月后表面光亮,无明显腐蚀物和腐蚀痕迹;而未镀镍的水冷散热器宏观微观上都有较明显的腐蚀产物,主要为含羟基铝石、硫酸铝以及氯化铝等物质,且化学镀镍阴极保护处理后,可使流体在对流换热时的导热热阻减小,让流体在流道里面的流动变成剧烈无序的湍流状态。结论采用化学镀镍的冷却系统的耐腐蚀性能更为优异,且同时可降低水冷散热器的热阻,从而强化换热效果,改善了水冷散热器的换热性能。

兴仁换流站阀冷系统跳闸原因分析

以兴仁换流站为例,针对阀冷却控制系统在供电时直流闭锁的问题,深入分析了阀冷却控制系统中各种传感器的特点,试验研究了各种传感器上电瞬间暂态过程的采样值,并结合兴仁换流站阀冷却控制系统几年来的运行维护经验,提出了相应整改措施,以期为阀冷系统工程中传感器的选型及阀冷却控制系统程序的开发提供依据。

基于PID的换流阀水冷系统温度控制研究

换流阀是高压直流输电工程的核心设备,是实现交直流电能转换的核心功能单元。为换流阀配备的冷却系统的稳定运行是换流阀安全稳定运行的必要前提和坚实基础。文中在控制系统理论研究的基础上,对换流阀水冷系统的加热器、换流阀建立数学模型,并根据数学模型搭建整个系统的MATLAB仿真模型。研究了换流阀水冷系统中PID控制技术,建立整个换流阀水冷系统的闭环模型。并采用阶跃响应法求取PID参数,对整个系统进行PID控制仿真分析,仿真结果证明PID温度控制方法有效可靠,能够满足系统温度控制要求。

采用有机膦羧酸控制换流阀冷却水系统结垢

防止换流阀冷却水系统结垢的方法有：大量排污换水；对补水进行除盐或软化；加入一定的化学物质。本文介绍了在葛洲坝换流站使用化学物质２－膦酸丁基－１，２，４三羧酸（ＰＢＴＣ）减少冷却水系统结垢的一些成功经验。在实验室进行的阻垢和腐蚀试验确定ＰＢＴＣ的使用浓度为２～３ｍｇ／Ｌ。现场试验证实热交换器结垢得到了控制，ＰＢＴＣ的阻垢效果令人满意，冷却水系统未发生腐蚀，保证了换流阀的安全正常运行。