柔性直流换流阀等效运行试验方法研究综述

柔性直流换流阀在出厂前,均需开展等效运行试验以保证其工程运行可靠性。而研制更高电压等级、更大容量的柔性直流换流阀,需要有合适的等效试验方法支撑。首先追溯了直流输电技术的发展进程,分析了开展柔性直流换流阀等效运行试验方法研究的重要意义。其次探讨了运行试验遵循的等效性原则,分析了柔直阀运行试验内容及方法在常规直流阀试验上的借鉴及发展。然后,在此基础上总结了国内外对柔直阀运行试验装置的研究成果,根据关键性指标的对比,对等效运行试验方法的优化方向及关键技术进行了展望。

柔性直流换流站阀控系统故障分析

近年来,柔性直流输电技术已成为支撑大规模新能源消纳、能源互联网构建的主要方式之一,而阀控系统是柔性直流输电技术的关键组成部分,对电力系统安全稳定运行至关重要。以±420kV柔性直流背靠背开路试验(openlinetest,OLT)闭锁事故为研究对象,提供了一种基于顺序查找法的换流站阀控系统故障分析思路。首先介绍了柔性直流控保策略、阀控系统及其结构。随后,针对OLT过程中引起的故障闭锁事件进行介绍,并阐释了阀控系统暂时性闭锁原理。最后,根据故障录波和阀控系统架构,按顺序排查可能发生故障的位置并进行综合分析,进而确定故障原因,故障分析思路为实际工程中故障排查提供了参考。

柔性直流换流阀LRB隔震性能分析

以一柔性直换流阀为研究对象,进行了铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震设计,通过ANSYS有限元模拟得到隔震前后结构的动力响应,对比分析了LRB隔震性能,结果显示:该柔性直流换流阀LRB隔震方案隔震性能优异,可显著降低震中换流阀结构应力和加速度响应,提高柔性直流换流阀结构的安全性。

±525kV/3000MW柔性直流输电IGCT-MMC换流阀研制

基于IGCT的柔性直流输电模块化多电平换流阀(MMC)具有低成本、低损耗、高可靠等潜在优势,在未来陆上大规模新能源送出以及深远海风电并网等应用中具有广阔的前景。在对比集成门极换流晶闸管(IGCT)和绝缘栅型双极晶体管(IGBT)两类功率器件技术性能基础上,介绍了±525 kV/3000 MW柔性直流输电IGCT-MMC换流阀的产品设计。依据IEC 62501标准,完成了IGCT-MMC换流阀产品的第三方见证试验。试验结果表明,所研制的IGCT-MMC换流阀产品技术性能符合设计要求。

换流阀用直流支撑电容器试验方法探讨

换流阀用直流支撑电容器在用电力电子电容器标准中的试验项目进行试验时,存在一些问题,主要有对电容器缺乏可供参考的参数;国内换流阀用直流支撑电容器电气性能按GB/T 17702标准规定条款要求进行的试验,由于国内生产是处于开始阶段,一些厂家的生产试验设备也在完善中,不能完全满足标准方面的要求;金属化膜电容器在运行中存在电容量会随着时间的增加缓慢衰减,国内外无相关高压金属化膜电容器长时间运行的经验,要保证长时间可靠的运行等问题。本文就这些问题进行分析。主要讨论的试验项目有电容及损耗角正切测量、密封性试验、热稳定性试验、短路放电试验、破坏试验、外壳爆破能量试验、自愈性试验等,并提出笔者的见解与建议。

直流输电换流阀EPDM密封垫可靠性研究

文章以EPDM橡胶为基体,制备了不同配方和硫化工艺的EPDM密封垫产品,并对其电性能、力学性能进行了测试。同时,开展了EPDM密封垫可靠性的研究,设计出一种电腐蚀加速老化试验系统,等效模拟直流输电换流阀EPDM密封垫真实的老化环境,并探讨了橡胶腐蚀老化的机理。试验结果表明:直流输电换流阀去离子冷却水中的漏电流会腐蚀密封垫基材表面,使分子链中硫元素被电离;在长时间作用下,橡胶逐渐老化;在高速水流的持续冲刷作用下造成橡胶进一步腐蚀与降解,最终老化失效。然而,具有低导电性、高密度的硫-硫键维持网络以及漏电流释放电极都能有效提高EPDM密封垫耐电腐蚀水平,减缓老化并且延长使用年限。

直流系统换流阀常见故障分析与处理建议

自电力系统发展以来,随着电力系统的不断扩大和复杂化,直流系统换流阀作为关键设备,其运行状态直接影响到整个系统的稳定性和可靠性。通过对故障原因分析,可以更好地了解换流阀的运行状态,及时发现并解决潜在的故障隐患,确保直流输电系统的稳定运行,以减少故障的发生,提高设备运行效率。本文将对直流系统换流阀常见故障进行分析并提出相应建议。

高压直流输电系统换流阀冷却技术的应用与改进

随着我国高压直流输电技术持续高速发展,换流阀对于高压直流输电系统越来越重要,其性能和可靠性更是与整个系统运行产生直接相关的正向影响。由于换流阀在运行过程中经常会产生大量热量,所以,冷却技术改进与应用既有重要性又有必要性。鉴于此,本文将高压直流输电系统换流阀冷却技术的改进与应用技术作为研究基点,以期为我国高压直流输电系统的设计、运行和维护提供参考。

高压直流输电换流阀阻尼电容器故障机理分析和防范对策研究

详细论述了高压直流输电换流阀阻尼电容器的电气工作原理以及不同类型阻尼电容器的工艺结构和电气特性,对该电容器运行中出现故障的机理进行了分析,通过仿真及大量冲击放电试验结果的对比,说明大电流冲击下不同类型阻尼电容器元件结构及材料对其电气参数的影响,得出金属铝箔式电容器耐电流冲击特性更优,更适合作为高压直流输电换流阀阻尼电容器的结论。

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。

±800kV换流变阀侧套管温度场仿真与大电流温升试验分析

随着我国高压直流输电工程的发展,输送功率不断提升,胶浸纸(resin impregnated paper,RIP)套管的发热问题越发突出。面对±800k V特高压直流输电工程进一步提升输送容量的挑战,为避免RIP套管发热严重、温度过高带来的安全问题,提出了一种RIP换流变阀侧套管的设计方案,并通过仿真模拟与温升试验进行验证。首先,在套管设计方案中,通过引入衬管结构、增加导体直径等手段来降低热点温度;然后,提出了一种针对RIP套管温度场的改进计算方法,对套管热设计进行了仿真校核;最后,对基于该设计方案制造的套管进行了温升试验考核。仿真与温升试验结果表明:该文提出的RIP换流变阀侧套管可以满足工程要求,其载流量(等效工频电流)可达6736 A。

基于混频电源运行的模块化多电平矩阵式换流器阀段试验系统

模块化多电平矩阵式换流器(M^(3)C)是目前柔性低频输电系统完成频率变换的主要电力电子设备。M^(3)C包含9个桥臂,应用在高压大功率场合的串联模块数目众多,对其设备子模块的生产提出了特殊试验需求。在M^(3)C桥臂稳态电压和电流分析基础上,设计了一种应用于数个串联桥臂子模块(阀段)的对拖运行试验系统,可对其进行等效功率运行测试,以辅助M^(3)C设备的生产和出厂测试。提出了对拖试验系统的控制策略,搭建了由两组4个串联子模块构成的阀段对拖试验系统,进行了相关试验验证。试验结果表明,所提出的试验系统能够满足M^(3)C桥臂串联子模块的等效功率运行试验,并且对电源功率消耗要求不高。

近场地震作用下柔性直流换流阀抗震性能分析

柔性直流换流阀具有重心高和柔度大的特点,其地震作用下的抗震性能关系到整个输电工程的安全。以某柔性直流换流站工程的柔性直换流阀作为研究对象,研究近场地震动作用下柔性直流换流阀的抗震性能。首先建立了换流阀有限元模型,模态分析后得到换流阀的自振特性。然后选取8条近场脉冲型地震动和远场地震动记录,并进行地震动作用下换流阀结构整体响应计算,对比分析近场脉冲型地震动和远场地震动作用下换流阀的加速度响应和应力响应。结果显示:与远场地震动相比,近场脉冲型地震动作用下换流阀上部结构的加速度放大效应更加显著,支柱绝缘子根部和框架的等效应力也明显增大,对换流阀结构抗震安全不利。

计及金属化薄膜电容器与IGBT模块退化过程相关性的柔直换流阀组件可靠性评估方法

基于模块化多电平拓扑的换流阀是柔性直流输电系统的核心装备,随着柔直换流阀运行电压、功率密度以及运行场景的不断拓展,其运行可靠性成为突出问题。现有的柔直换流阀可靠性评估方法忽略了金属化薄膜电容器与IGBT模块性能退化的耦合关系,致使评估结果不准确。为此,该文提出了计及金属化薄膜电容器与IGBT模块退化过程相关性的可靠性评估方法。IGBT模块寿命采用威布尔分布,考虑了换流阀运行过程中的任务剖面变化;基于Wiener过程对金属化薄膜电容器的可靠性进行了评估,利用Copula理论将容值退化程度与IGBT模块寿命之间的耦合关系进行了建模。所提可靠性评估方法修正了现有不考虑相关性方法对柔直换流阀可靠性评估结果,平均无故障时间从4.05年修正为5.20年,评估结果更加精确。

特高压换流阀TFM板卡降温研究与工程实践

特高压换流阀用TFM板内置直流均压电阻,工作温度高,具有明显的安全应用隐患。文中在理论分析基础上,通过仿真和试验,提出了可兼容原板卡设计和接口的电阻降温改进方案。基于热应力、振动、局放以及板卡功能等试验,进一步验证了所提出方案的可行性和可靠性。改进方案的工程应用及其现场测温结果表明,所提出方案可在兼容原有TFM板卡设计和接口的同时,显著降低电阻工作温度。

高低阀串联型特高压柔性直流不控整流异步充电时分压特性及其对系统的影响

乌东德特高压多端混合直流输电工程是目前世界电压等级最高、容量最大的柔性直流输电工程,具备无闭锁直流故障穿越能力,然而该工程为全桥+半桥混连结构,不控整流异步充电时交流断路器未合闸的阀组全桥模块被动充电,阀组直流端口呈现感应电压,某些接线方式甚至出现感应电压过高而引起系统跳闸停运。针对异步充电问题,从几种主要接线方式分析了阀组异步充电的分压特性和感应充电对系统的影响,提出了通过直流短接充电隔离阀组的方法解决阀组分压的问题,并根据异步充电特性提出了缩短异步充电时间间隔的方法解决阀组分压的问题。

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。

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。

柔性直流输电系统换流阀无线电干扰特性仿真分析

为了对柔性直流换流站运行时产生的无线电干扰(RI)水平进行预测,以某柔性直流输电工程为背景,采用仿真计算的方法,首先分析了模块化多电平换流器(MMC)物理拓扑结构和运行机理,结合Hertz偶极子模型搭建了柔直换流阀阀塔FEKO电磁辐射模型。采用直接频域计算方法,通过PSCAD电力系统仿真软件仿真获得了换流阀上、下桥臂电压和电流的时域波形,通过快速Fourier变换计算得到换流阀在稳态运行时各点的阻抗频率特性,得到了仿真计算的阻抗参数。最后将典型IGBT导通关断时的波形作为仿真激励参数,利用基于以矩量法为核心算法的FEKO软件,分析了柔性直流换流阀在运行期间无线电干扰特性。研究结果表明:随着频率升高,阀塔产生的RI在数值上逐渐减小,方向性逐渐增强,阀塔横向侧场强明显高于阀塔纵向侧场强,仿真计算得到最大干扰值约75.10 dB,数值上未超出规定的干扰限值。该研究对实际的柔性直换流阀电磁兼容设计和电磁干扰防护具有参考价值。

基于k／n(G)模型的柔性直流输电系统换流阀可靠性建模与冗余性分析

采用电压源型换流器以及脉宽调制技术的柔性直流输电系统具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。文章主要对柔性直流输电换流器的换流阀进行可靠性建模与分析。首先介绍换流阀及其控制、冷却和保护系统的内部结构和功能。然后基于k/n(G)模型,以ABB公司StakPakIGBT换流阀为例,建立换流阀模块及其次级子模块的可靠性数学模型。通过计算,得到不同电压等级和不同冗余下的换流阀可靠性指标,最后选择合理的冗余方案。