±800 kV特高压换流站换流阀组安装施工技术研究

为了解决现有施工技术应用后受到进闸导电率不稳定、进闸温度高等不稳定因素影响存在的安装效果差的问题,开展±800 kV特高压换流站换流阀组安装施工技术研究。首先使用升降车在阀塔顶部安装吊耳和悬挂支架,维持主水管构架稳定。利用电动葫芦将组装后的主水管部分运送到指定顶层位置,并与顶层装置绑扎。然后安装顶屏蔽罩支撑件并通过连接螺栓进行绑紧,确保光纤桥架衔接平滑。选择适当的屏蔽罩将阀组组装到绝缘子位置,并核对绝缘子编号与吊耳位置。安装主水管的固定块,连接上下固定块的分支路水管。最后利用测量工装确定每个绝缘子所需的调整垫厚度。安装底部绝缘螺杆,将底屏蔽罩调整至第一层阀模块下侧,并用螺钉固定在外侧绝缘子上。吊装过程中将底屏蔽罩吊至适当高度,并固定水管与阀层间水管的连接。安装避雷器,调整绝缘子上部螺栓长度,使其自然下垂后拧紧螺钉,从而完成换流阀组安装。测试结果表明,在11:12到13:10时间段内,进闸导电率稳定在0.2~0.25之间,进闸温度保持恒温,进闸流量显示稳定,换流阀的安装效果达到最优,可保证工程换流阀的应用安全。

特高压换流变有载分接开关实现国产化

近日,我国首台拥有完全自主知识产权的换流变CHVT型真空有载调压分接开关从上海华明电力设备制造有限公司发运至西安西电变压器有限责任公司总装车间,这标志着特高压换流变压器国产真空有载调压分接开关即将在陇东-山东士800千伏特高压直流输电工程实现工程应用。换流变压器真空有载调压分接开关作为特高压换流变压器的关键核心部件之一,长期被国外少数公司垄断。

特高压混合直流工程LCC换流阀短路保护优化研究

首先基于昆柳龙直流工程与云广直流工程控制保护系统RTDS仿真实验数据,通过对比分析阀区故障时的故障特征及换流阀短路保护的动作特性,发现传统LCC换流阀短路保护判据在特高压混合直流系统中存在误动的风险。根据特高压混合直流系统与常规直流输电系统在系统结构和运行特性上的不同,分析出传统LCC换流阀短路保护判据直接应用于特高压混合直流系统时存在的缺陷。针对这一缺陷,改进了LCC换流阀短路保护判据,并通过仿真分析验证了新判据的有效性,为特高压混合直流输电工程的送端常直阀短路保护提高了有效的解决方案。

±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。

南昌工程学院科研项目介绍 国家自然科学基金项目 特高压柔性直流换流阀的实时精准故障溯源与防误动对策研究(项目批准号:52267017)

针对特高压柔性直流换流阀容易误动的现状,本项目利用预想完备故障集,基于多时间尺度主元增强思想,聚焦实时精准故障溯源问题,揭示功率模块、换流链和阀体的常见故障源头和成因,并开展防误动的对策研究,主要包括:(1)统计工程现场故障次数、故障影响、故障损失等数据信息。(2)利用数据统计结果,针对功率模块、换流链和线路故障的边界和约束条件,建立换流阀的预想完备故障集。(3)根据多时间尺度主元增强算法突出故障特性,实施特高压柔性直流换流阀的实时精准故障溯源。

特高压直流换流站换流阀光回路性能测量装置的设计

阐述一种直流换流站换流阀光回路性能测量装置的特点,设计电-光转换模块与光-电转换模块、信息处理存储采集模块与触屏控制显示模块。探讨光回路性能测量的模拟实验,实现光信号的信息快速显示与判断。研究表明,光回路性能测量装置各模块工作正常,可以实现光脉冲信号的信息测量与波形显示,从而为特高压直流换流站换流阀光回路的性能测量提供了一套有效、性能可靠的装置。

特高压换流阀闭锁时中性母线断路器故障分析

针对某特高压换流站直流系统调试期间换流阀闭锁时直流转换开关中性母线断路器故障,通过查看故障分闸时电流录波波形,核对现场主设备安装位置,分析出中性母线断路器跳闸失败的故障原因为光纤电流互感器安装位置错误,并对该电流互感器接线进行改正,为同类事件的处理提供参考。

特高压直流输电换流阀设备数字化思考与实践

在能源和电网数字化转型要求大背景下,作为我国电网核心资产的特高压直流输电换流阀设备正面临全面数字化的挑战。文章首先在梳理目前特高压换流阀设备数字化现状及其数字化提升意义基础上,结合目前研究热点——数字孪生及相关技术,提出了换流阀设备数字化的总体目标及其数字孪生体架构和数据基础构建方法。然后,为了实现换流阀设备底层数据的高可靠低成本获取,文章介绍了在特高压换流阀设备上开展高可靠低功耗无线智能传感关键技术应用研究的成果和经验,主要包括低功耗无线传感网络系统开发、多物理量智能传感器研制、验证测试等方面。最后,对换流阀设备数字化的思考和实践进行总结,对未来换流阀设备数字化工作进行了展望。

特高压直流输电系统中送端LCC换流站的电压平衡控制策略

与高压直流输电相比,特高压直流输电拥有更高的电压等级,能够以更低的经济成本实现稳定、高效的大规模电力输送。该文针对特高压直流输电系统中送端换流站的高低压阀组所存在的电压不平衡问题,分析电压不平衡现象产生的机理,并提出一种基于电压变化量对换流阀组电流参考值进行动态修正的电压平衡控制策略。然后,基于PSCAD/EMTDC搭建特高压直流输电系统的电磁暂态仿真模型,通过在稳态时切除/投入电压平衡控制策略及送端功率阶跃和送端交流系统故障3种不同工况,观测系统的动态响应特性。结果表明,所提电压平衡控制策略简单有效,且在不同工况和不同交流系统强度下都具备较好的控制效果。

特高压直流输电换流阀运行试验合成回路研究

为了确保特高压直流输电用换流阀运行的可靠性,建立合成试验回路对换流阀组件进行运行试验非常重要。根据IEC60700-1标准,运行试验仅需对≥5个晶闸管级实施即具有足够的代表性。在用PSCAD仿真研究中国第1个能满足±500kV/3000A直流输电换流阀运行试验的50kV/3600A合成回路的基础上,根据其设计参数,搭建了按比例缩小的物理模型,在该物理模型上成功地通过了所有试验方式的调试,充分验证了设计的正确性;该合成试验回路能实现IEC标准规定的所有型式试验项目,即:最大连续运行方式试验、最大临时运行方式试验(α=90°)、最小交流电压试验、暂时欠电压试验、断续直流电流试验、恢复期间的瞬态正向电压试验、阀故障电流试验。基于此,仅需通过对电流源部分的扩容改造,就能实现±800kV直流输电换流阀的运行试验项目。

±1100kV特高压直流换流阀绝缘型式试验下的电场仿真及优化

为提高特高压直流换流阀塔绝缘可靠性、实现小安全裕度下换流阀绝缘的优化设计,以±1 100 k V直流换流阀作为研究对象,采用Solid Works及ANSYS混合建模技术,建立了换流阀塔的3维模型。对该模型进行单阀绝缘型式试验及多重阀直流耐压试验,得到其电场分布;并针对电场薄弱环节进行局部结构优化。研究结果表明:当选取2 700 k V/m作为换流阀厅内金具表面工作控制电场强度时,单阀绝缘型式试验中的屏蔽罩及横梁均存在电场薄弱环节,有可能产生电晕及放电现象;而多重阀直流耐压试验中不存在电场薄弱环节,不会产生电晕及放电现象。此外,增加横梁拐角、屏蔽罩侧边的倒角值以及在层间绝缘金具处添加均压环可以使得薄弱处电场强度低于控制值。

±1100kV特高压直流输电工程换流阀研发产品运行试验

随着向家坝—上海、云南—广东等多项±800 kV特高压直流输电工程的顺利建成,中国在特高压直流输电线路的建设和工程运行过程中积累了丰富的经验。为了满足中国国民经济的飞速发展对电力能源的需求,建设更大输送容量的直流工程将成为下一步直流输电工程建设发展的必然趋势,而系统电压等级的提高又对换流阀产品性能提出了更高要求。用于±1 100 kV特高压直流输电工程的换流阀产品,其单级晶闸管元件运行试验最高触发电压和恢复电压分别达到5.5 kV和3.3 kV,试验电流和短路故障电流分别为5 332 A和50 kA。为保证系统运行安全,换流阀产品在投运之前,必须通过型式试验对其性能进行验证。西安高压电器研究院有限责任公司利用换流阀运行试验合成回路,模拟±1 100 kV特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了试品阀的运行型式试验,并对得到的试验数据进行了分析,为±1 100 kV特高压换流阀产品的设计、制造及工程运行和试验标准的制定提供了参考依据。

特高压直流换流变压器阀侧套管高环温强电流下轴径向的温度分布规律

为准确评估高环温、强电流下胶浸纸换流变压器阀侧套管的热性能,通过夏季负荷高峰期?800k V特高压直金华站换流变压器的运行温度测量,及双12脉动阀组换流变压器侧电流频谱特征的仿真分析,设计了模拟90℃换流变压器油温和50℃阀厅空气温度的高环温强电流下的套管热点温度试验测量系统;利用轴径向测温法掌握了胶浸纸换流变压器阀侧套管芯体温度分布特征;建立用于热点温度暂态值计算的指数函数模型,提出了基于热时间常数的IEC套管稳态温度修正方法。该研究结果可为特高压胶浸纸换流变压器阀侧套管电热耦合优化设计及运行工况下热性能的考核和评估提供方法及理论指导。

±800kV/4750A特高压直流输电换流阀研制

中国电力科学研究院成功研制了具有完全自主知识产权的800 kV/4 750 A特高压直流换流阀,并通过了型式试验。分析换流阀研制所涉及的基础理论和关键技术。从工作原理、运行工况、电气拓扑和宽频模型等角度完成对换流阀的物理解构;研究换流阀设计开发工作所涉及的暂态电磁特性分析技术、非线性组件协调配合技术、晶闸管反向恢复过程的解析逼近与动态仿真模型、抗震设计技术、换流阀系统热力场分析与冷却技术、自适应换流阀触发监控系统等系列关键技术。从关键零部件、阀模块样机及阀塔样机研制3个层面分析换流阀样机的主要设计理念、设计原则和技术特点。

典型特高压换流阀塔屏蔽装置电场仿真及对比分析

为研究实际阀厅布置中特高压换流阀塔屏蔽装置的电场分布规律,分析了某±800 k V直流输电工程不同阀厅中所用3种典型换流阀塔的结构特点,利用ANSYS仿真软件建立了各种阀塔的电场计算有限元等效模型,同时为考虑实际运行时阀厅内各设备间的相互影响,建立了3种换流阀塔各自所在阀厅的整体模型作为求解区域,计算了额定工况下阀厅内6组换流阀塔1个周期内的电位、电场分布,并对比了3种典型阀塔屏蔽装置的电场分布特点。研究结果表明3种换流阀塔的屏蔽装置在额定工况下表面电场强度最大值分别为1 599、1 007、1 515V/mm,均满足小于2 000 V/mm的控制场强要求;阀层弯边式分体屏蔽装置电场分布的均匀性优于阀层整体屏蔽型与单片式分体屏蔽型。

±800kV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重要意义。以?800 kV特高压直流换流站的高端换流阀厅及换流阀塔为原型,采用非线性弹簧单元模拟悬吊绝缘子,建立了有限元模型进行时程响应的分析计算。结果表明,地震作用下阀塔底部水平位移响应可超过1 m,绝缘子的非线性特性使得阀塔竖向加速度响应剧烈,阀层出现"弹跳"现象。阀厅对地震波的放大作用可增大阀塔的加速度响应,但对位移响应影响有限。由于阀塔的高阶局部振型频率与阀厅基频接近,阀厅与阀塔发生共振导致阀塔顶部水平加速度响应巨大。建议采用直径更大的悬吊绝缘子以防止屈曲,并采取措施限制阀塔底部的水平位移。

±800 kV特高压直流锡盟站换流阀运行试验及特殊试验

±800 kV锡盟—泰州特高压直流输电工程是中国大气污染防治行动计划的12个重点项目之一,换流站直流额定电压±800 kV,额定电流6 250 A,输电能力达到1万MW,是世界上第1条千万千瓦级的特高压直流输电工程。为保障直流输电系统运行的安全性与可靠性,在换流阀安装投运前产品必须通过型式试验的验证。西安高压电器研究院利用换流阀运行试验合成回路,模拟特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了锡盟站晶闸管阀的运行型式试验和附加特殊试验,验证了锡盟工程换流阀的设计可靠性,相关试验数据为晶闸管和换流阀的生产商及相关技术人员提供了设计参考。

云广特高压直流输电工程换流阀过负荷能力分析与计算

云广±800 kV直流输电工程是世界上第一条特高压直流输电工程。受端交流系统由于短路故障或负荷增加等原因,需要直流系统提供紧急功率支援时,将增加其输送容量,甚至会使直流系统过负荷运行。主要对换流阀的过负荷能力进行了研究,根据阀过负荷的机理,从阀中晶闸管结温和冷却系统冷却容量两个方面得到了阀过负荷能力的计算方法。并根据楚穗直流的具体数据进行了工程计算,计算结果表明该方法可以精确得到楚穗直流输电工程中阀的过负荷能力,可为实际直流输电工程的设计和运行提供参考和指导。

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。

特高压混合多端直流输电系统中串联换流阀组间的电压平衡控制策略

特高压混合多端直流输电系统结合了电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的优势,可以实现多电源供电、多落点受电的远距离大容量输送要求。针对特高压混合多端直流输电系统中同一换流站内串联换流阀组之间的电压不平衡问题,分析了电压不平衡的原因,并提出了一种基于串联换流阀组间电压–功率偏差量的电压平衡控制策略,该控制策略简单有效便于工程实现。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压多端混合直流系统的仿真模型,通过对比切除/投入电压平衡控制时系统的动态特性验证了电压平衡控制策略的有效性。为进一步分析该控制策略对系统动态性能的影响,研究了特高压混合多端系统在功率阶跃变化和交流故障情况的动态响应,结果表明所提出的控制策略简单有效,且在不同运行工况下均可以实现串联换流阀组之间的电压平衡。