6英寸高压晶闸管的研制

基于5英寸换流阀晶闸管的设计和工艺技术平台,通过优化杂质扩散工艺、光刻版设计和台面造型保护工艺,保证了掺杂分布的均匀性、重复性和可控性,以及器件良好的阻断特性,确保器件获得较高的电流上升率、电压上升率,研制出了6英寸4000A/8000V高压晶闸管样品。并采用电子辐照技术得到进一步优化,对器件的通态压降与反向恢复电荷的折衷关系。

±800 kV特高压直流输电用6英寸大功率晶闸管换流阀

现如今,中国有多条±800 kV特高压直流输电项目正在建设或正在规划之中。较高的输电电压及其较高的稳态、瞬态过压而产生的晶闸管换流阀绝缘设计难点已在云南—广东±800 kV/5 000 MW直流输电工程中得到了研究和解决,但是在向家坝—上海特高压直流输电±800 kV/6 400 MW工程中,必须采用更大功率的晶闸管,才能满足额定电流4 000 A的要求。为了满足实际工程需要,基于硅片的新一代6英寸大功率晶闸管应运而生,同时,为了满足更高直流电流的要求,在晶闸管换流阀设计中,应用了相关新的设计技术。笔者介绍了向家坝—上海特高压直流输电工程中复龙站晶闸管换流阀设计,包括阀的结构、电气设计、机械设计、阀内部电器件选择等,另外,对6英寸晶闸管的特点作了介绍。复龙站换流阀型式试验已分别在德国西门子、中国西安高压电器研究院有限责任公司完成,试验结果表明,基于6英寸晶闸管的向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程复龙站换流阀设计可靠,可保证向家坝—上海输电工程复龙站换流阀的长期、可靠运行。

脉冲开关用6英寸高di/dt晶闸管的研制

针对脉冲开关用晶闸管对di/dt耐量的高要求,阐述了晶闸管的导通过程和di/dt的失效机理。通过选用适当的硅单晶参数,调整P基区浓度分布,优化门极图形,采用双负角造型工艺,设计并试制出6英寸脉冲开关用晶闸管。该晶闸管的脉冲峰值电流可达300 kA,di/dt耐量超过3 000 A/μs,试验表明其具有良好的稳定性和可靠性。

用合成回路进行±800kV向家坝-上海工程换流阀运行试验

±800 kV直流输电工程电压等级高,额定电流大,并且采用世界上首次在工程中采用的6英寸晶闸管。为了对800 kV换流阀进行有效的试验,采用了利用新开发的一套合成回路对800 kV换流阀进行试验的过程,试验可以模拟换流阀在实际运行中的各种运行状态。得到了向上工程换流阀运行试验的相关结果。试验结果证明向上工程换流阀设计完全满足要求,所有参数均高于工程设计水平。

新型换流阀在“向～上”直流输电工程中的应用

常规直流输电工程中，换流阀采用的都是5英寸晶闸管，而“向家坝～上海”±800kV特高压直流输电工程却首次使用6英寸晶闸管。基于6英寸晶闸管新型换流阀的研发，标志着我国通过自主创新，已经达到了国际大功率半导体器件技术的领先水平，代表了世界直流输电技术的最高水平。本文主要以复龙换流站为例，介绍了新型6英寸晶闸管换流阀的基本结构和工作原理及相关保护，以期望能为特高压直流输电换流阀的正常、稳定运行和日常维护提供参考意义。