±1100kV/12 GW特高压换流阀屏蔽设计与工程应用

±1100 kV/12 GW特高压换流阀为目前世界上电压等级最高、输送容量最大的换流阀产品,为了确保外绝缘设计的可靠性,对±1100 kV/12 GW特高压换流阀屏蔽结构开展全新设计,并对换流阀外绝缘放电特性进行全面研究。首先引入有限元分析方法,将电场的场域问题转换成边界值问题,离散化后进行插值得到分布解,然后迭代出最优屏蔽结构。其次建立阀塔仿真模型进行电场仿真研究,结果表明采用的屏蔽结构使电场强度由原来的1.89 kV/mm减小到1.64 kV/mm,场强减小13.2%,电场分布效果更好。同时,对该屏蔽结构也开展了操作冲击U_(50)试验,验证了换流阀外绝缘电气强度。试验结果表明12 GW换流阀屏蔽罩结构设计合理,阀塔对墙的最小空气净距为6 m,满足该距离即可达到要求的绝缘水平,实际阀厅的空气净距有较大的安全裕度。

±1100kV特高压换流站阀厅均压屏蔽金具表面电场分析

为研究特高压±1 100 kV阀厅内各设备及均压屏蔽装置的电场分布,根据某±1 100 kV换流站高端阀厅初始设计方案及设备图纸,分析了高端阀厅内均压屏蔽装置的配置方案;运用有限元分析软件ANSYS建立了阀厅内二重阀塔等关键设备的3维有限元模型;利用瞬态场分析法计算了1个工频周期内阀厅的整体电位、电场分布,得到了阀厅内各设备均压屏蔽装置的表面电场强度。结果表明,二重阀塔阀层屏蔽板边缘电场强度最大值为2 137kV/m,其他设备均压屏蔽装置的表面电场强度均<2 000 kV/m;±1 100 kV阀厅各设备的均压屏蔽装置基本达到设计要求。

±1100kV特高压直流输电线路电磁环境研究

研究特高压直流输电电磁环境问题对我国特高压工程建设具有重要意义。根据±1 100kV特高压直流输电线路电磁环境限值,按照给定的初始条件,采用模拟电荷法、有限元法、CISPR、EPRI经验公式等方法计算合成场强电场、地面离子流密度、磁场强度、无线电干扰和可听噪声等电磁环境参数。研究表明,可听噪声是导线选型的控制因素。根据不同的极间距和海拔高度情况,推荐相应的导线型式,并给出不同导线型式推荐的导线最小对地距离。

±1100 kV换流阀屏蔽罩结构改进及U50试验

±1100kV直流换流阀相对目前电压等级最高的±800kV直流换流阀电压有较大提高,为了确保外绝缘设计的可靠性,对±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进和换流阀外绝缘操作冲击电压放电特性进行了全面研究。首先通过改进屏蔽罩结构以实现屏蔽罩表面电场的合理分布,然后针对换流阀不同类型屏蔽罩分别制定外绝缘操作冲击电压试验方案,并设计了一种无晶闸管的操作冲击50%击穿电压(U50)试验阀塔,最后采用操作冲击U50试验验证了换流阀外绝缘电气强度。结果表明,±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进设计合理,阀塔对墙的最小空气净距达到5m其外绝缘强度即可达到要求的绝缘水平,实际阀厅的空气净距有较大的安全裕度。

±1100kV特高压直流输电工程直流线路故障重启动过程非故障极换相失败研究

研究发现由于±1100 k V特高压直流输电工程直流电压和功率的提升以及换流变短路阻抗的提高,一极直流线路瞬时故障会引发另外一极换相失败。针对该现象进行了研究,分析了实际工程中影响换相失败的主要因素,并逐个进行研究和计算,最后从一次系统参数优化(主要包括换流变短路阻抗优化)和二次控制策略改进(主要包括故障极的重启动策略改进和非故障极在故障极重启动期间的关断角控制策略改进)2个角度提出了适用于±1100 k V特高压直流输电工程抵御换相失败的措施。

±1100 kV特高压直流输电线路工程架线施工技术研究

昌吉-古泉±1 100 kV特高压直流输电线路工程,首次将电压提升到±1 100 kV电压等级,导线金具重量都与±800 kV线路有着质的差别,施工工艺、施工工器具等都需根据要求作出适应性改变。针对±1 100 kV级特高压工程塔型结构不同于±800 kV级特点,故对绝缘子悬挂、滑车布置、"一牵2"走板及展放牵引连接方式、840 kN耐张串吊装、导线开断施工、直线转角塔附件、孤立档及耐直耐弧垂控制等关键施工技术开展了研究。

±1100 kV特高压直流接地极极环施工工序优化

昌吉—古泉±1100 kV特高压直流输电工程为目前世界上电压等级最高的直流线路。其古泉±1100kV特高压换流站配套接地极也是目前世界第一的接地极项目,其极环占地面积大、施工工艺要求高、施工环境复杂,对施工组织、工序流程、环境保护等均需进行优化。总结了古泉换流站接地极施工的工序流程,环保措施等方法,可供类似工程予以参考。

准东—华东±1100kV特高压直流输电线路工程接地措施选择

针对准东—华东 ±1100kV特高压直流输电线路工程接地系统,为提高接地材料的防腐性能,提高降阻效果,保护环境,本文调研了项目沿线土壤电阻率和土壤腐蚀等级的分布情况以及沿线已建工程人工接地体的运行情况,为本工程接地型式的合理选择奠定了基础,因地制宜地推荐了合适的接地型式.

大规格角钢在±1100kV特高压直流输电线路工程中的应用

±1100 kV特高压直流输电线路工程导线截面积大、铁塔负荷大,而大规格角钢承载力大,可代替双角钢使用,减少节点偏心和节点板,具有显著的经济和社会效益。对大规格角钢承载力进行计算,给出大规格角钢最优计算长度和减孔数量,并对大规格角钢和双角钢进行对比。

±1100kV古泉换流站阀厅防火墙上电气设备抗震分析

±1100 kV古泉换流站由于电压等级高,阀厅防火墙上电气设备高而"柔",在地震作用下容易发生破坏。基于古泉低端阀厅整体计算模型,对防火墙及墙上电气设备进行模态分析、反应谱分析和动力时程分析,得到防火墙及墙上电气设备在地震作用下的动力响应,同时对比分析了防火墙不采取加强措施以及防火墙在设备下设置钢筋混凝土加强柱和防火墙端部增加T型柱三种方案对设备的动力响应影响。

±800kV特高压直流换流站阀厅金具表面电场计算

为分析特高压换流站阀厅金具表面电场分布情况,采用静电场有限元数值方法进行了求解。首先以某±800kV特高压高端阀厅为研究基础,建立3D实体模型。然后根据阀厅设备的电气参数,通过PSCAD仿真得到阀厅设备在额定功率和轻载运行时的电位波形。最后采用静电场瞬时加载法,选取典型的数值进行加载求解,得到各种运行工况下阀厅内部金具设备场强分布云图和最大值分布规律,并对场强最大的金具进行优化设计。计算结果表明,在当前设计方案及配置条件下,阀厅内部高压侧设备连接及屏蔽金具表面场强较低,完全满足特高压直流阀厅内部电场控制要求;低压侧部分设备的屏蔽金具表面场强较高,接近甚至超过起晕场强,需要重点关注,并建议将D侧支柱绝缘子均压环管径增大至100mm。研究结果为特高压阀厅金具的设计规划提供了可靠支撑,具有重要的借鉴价值。

±500 kV柔性直流换流阀冷却系统方案设计

张北柔性直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程。以张北柔性直流±500kV延庆换流站为研究对象,详细论述了±500kV柔性直流换流阀冷却系统的工艺流程、主要技术参数和设备特点,介绍了阀冷控制保护系统的结构、与站控接口特性及控制策略等,形成了±500 kV柔性直流换流阀冷却系统的整体方案,对同类工程的方案设计提出了完整的设计思路和方法,为我国柔性直流阀冷却技术发展及工程应用提供了有力支撑。

±800kV/6 250A锡盟—泰州直流输电工程换流阀合成运行试验

为满足锡盟—泰州±800 kV/6 250 A换流阀运行试验的要求,建立了新型合成试验回路。介绍了新型合成试验回路的主要特点及解决的主要难题,结合实际工程研究合成试验回路主要设备的参数选取,并以此参数进行了±800 kV/6 250 A换流阀的运行试验。试验结果表明,所研究的合成试验回路完全可以满足±800 kV/6 250 A换流阀运行试验要求,验证了换流阀设计的合理性及可靠性。

±1100 kV特高压直流线路无间隙线路避雷器雷电防护适用性研究

为抑制操作过电压,昌吉-古泉±1 100 kV特高压直流输电线路在线路中部安装多对无间隙避雷器,但针对无间隙避雷器兼顾雷电防护适用性的研究较少。本研究基于EMTP-ATP建立了雷电过电压瞬态传播模型,计算了特高压直流线路的雷击闪络率,分析了避雷器对雷电过电压的抑制效果和保护范围。结果显示无间隙避雷器对雷电过电压幅值、波形存在抑制作用,安装避雷器后,线路绕、反击耐雷水平增加。未加装避雷器的邻近杆塔依旧可发生雷击闪络,避雷器只可保护加装级杆塔。本研究基于计算结果提出了无间隙线路避雷器的优化配置原则,建议在满足操作过电压抑制要求的前提下,适当调整避雷器至地面倾角大于15°的中、高雷区、接地电阻较大的杆塔上。

某特高压换流站阀冷系统外冷水产水流量低问题分析及解决方案研究

华东地区某特高压直流输电换流站由于冬季环境温度低,导致阀外冷反渗透系统产水流量大大减少,对该换流站冬季大负荷安全稳定运行造成隐患。经过现场勘察及问题分析,提出一种在外冷补水管路增加电加热器方案,以解决以上问题,也为其他换流站解决类似问题提供了一定的参考和借鉴。

特高压直流输电工程调试换流阀低压加压试验时直流电压异常跌落分析

为了进一步认识直流(DC)输电工程低压加压试验的特点,针对锦屏—苏州南±800kV特高压直流(UH-VDC)输电工程第一阶段分系统调试期间,锦屏换流站极Ⅰ低端换流阀低压加压试验过程中直流电压出现异常跌落的情况进行了详细理论分析和仿真研究。依据现场实测电压波形的特点、幅值及异常跌落周期和跌幅规律,对影响低压加压试验的试验电源、接线回路、直流系统控制系统及阀控制系统分别进行了排查研究,并且运用EMT-DC仿真软件对上述环节进行了故障模拟仿真。研究表明,低压加压试验中12脉动直流电压的前8个脉动波形正常,电压值基本保持在200V左右,第9个脉动的电压异常跌落至0V,第10、11、12个脉动的电压又回升并保持在100V左右,直至该周期结束,之后此过程每周期重复出现。由此特点推测试验过程中阀触发控制环节出现故障,导致某个阀未导通或异常触发,从而使直流电压异常跌落。在EMTDC仿真的阀不触发故障波形与现场波形完全符合,印证了推测的正确性。依据仿真结果,最终在现场发现阀触发环节中光纤回路故障,导致阀触发脉冲中断而出现异常,同时也得到了12脉动阀组中单个阀未触发情况下的典型波形。可见,通过对现场波形的详细分析以及仿真的进一步校验,发现了导致低压加压试验异常的原因,使得试验最终顺利进行并获得成功。另外,通过分析、研究,对于试验中可能出现问题的环节以及对应的异常特征有了进一步的认识,尤其是低压加压试验触发异常情况的波形特点,对于今后其他工程的建设和相关研究都有一定的参考价值。

特高压柔性直流输电阀区接地故障保护策略

特高压柔性直流换流阀的全桥子模块数目足够多时,换流阀具有阻断故障电流的能力。在保护动作以后,只通过闭锁换流阀就能隔离交流连接线区域和上、下桥臂之间区域的接地故障。换流阀隔离刀闸与直流母线之间区域和高、低压换流阀隔离刀闸之间区域的接地故障,只能采取闭锁极的方法。而换流阀与换流阀隔离刀闸之间区域的接地故障,乌东德特高压混合直流工程采用了闭锁极的处理策略,另外提出了这一区域接地故障闭锁换流阀的处理策略。然后针对这两种处理策略分别给出了测量设备和保护配置,并提出了直流谐波差动保护和桥臂电抗器谐波差动保护解决在极中性母线侧的桥臂电抗和换流阀的引线上发生接地故障时差动保护灵敏性不足的问题。

特高压直流输电换流阀控制系统应用

换流阀控制系统的研究对于特高压直流输电工程建设具有重要意义。文章介绍了直流输电的优势,然后结合实际案例,分析了特高压直流输电换流阀控制系统的结构及应用原理,为类似工程的建设提供参考。

换流站换流阀外冷设备安装方法

阀冷却系统是特高压换流站最重要的辅助系统,阀外冷系统起着降低内冷水温度以满足下一次冷却循环要求的作用,是实现换流阀设备安全稳定运行的重要一环。哈密南换流站自然环境恶劣,为满足该站换流阀换热容量的要求,阀外冷系统首次采用以空冷为主,闭式蒸发冷却塔辅助水冷的布置方案,对该种冷却方案及设备配置进行详细介绍,并对阀外冷设备安装流程、工艺及调试方法进行研究,形成一套实用价值较高的安装方法,为以后北方寒冷地区特高压换流站的阀外冷系统的安装调试提供借鉴。

±1100kV特高压直流换流阀地震响应分析

位于地震高烈度区的换流站中,换流阀塔的抗震性能对换流站的安全运行有很大影响。以±1100kV特高压直流换流站内的高端换流阀厅及换流阀塔为原型,建立其有限元模型并进行时程响应的分析计算。结果表明:在加速度峰值为0. 2g的地震作用下阀塔底部水平位移响应可超过0. 7m,且拉杆绝缘子最大应力为290MPa。建议改进换流阀塔悬挂结构的构造措施,以防止悬挂绝缘子屈曲,并降低阀塔底部的水平位移响应。