±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。

±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特高压直流换流阀能量泄放过程及相关影响因素

换流阀是实现高压直流输电的核心设备,在闭锁检修过程中换流阀残留能量泄放时间直接影响着故障后恢复供电时间长短,对电网运行可靠性具有重要意义。根据换流站的实际结构,搭建单极直流输电系统EMTDC/PSCAD仿真模型,对换流阀中各关键元件的电场和磁场能量泄放过程进行了研究,并对换流站残余能量主要的影响因素进行分析。研究结果表明:晶闸管吸收电容储存的电场能是换流阀闭锁后阀厅残余能量主要来源,该部分能量衰减时间大于7s,主要泄放通道为直流出线接地开关和换流变阀侧接地开关;仅采用4把接地开关同样能够在3s内将换流阀电压降低至36V以下,这为下一步换流站接地开关配置方式的研究提供了技术支撑。

±800kV特高压直流换流阀避雷器的工况分析及其关键技术的研究

换流阀避雷器是±800 kV特高压直流换流站的关键过电压保护设备之一,其技术研究和产品开发是实现特高压直流设备国产化的一个重要课题。笔者在介绍了双12脉动换流阀的工作原理的基础上,分析了换流阀避雷器的稳态应力和暂态应力,提出了阀避雷器的主要技术参数的制定原则。以中国向家坝—上海特高压直流工程为依托,深入研究了±800 kV特高压直流换换流阀避雷器的关键技术。最后笔者指出:选择合适的荷电率和散热结构是阀避雷器整只设计时必须考虑的关键技术问题,也提出了一种多柱并联电阻片技术,可以为避雷器提供高的比能量吸收能力的技术支持。

±1100kV特高压直流换流阀饱和电抗器样机的失效模式与加速寿命试验方法

饱和电抗器是保护晶闸管的重要设备,其失效将威胁换流阀的安全运行。为提高特高压直流换流阀的可靠性,必须研究饱和电抗器的失效模式及其平均使用寿命。首先,研究了特高压直流换流阀饱和电抗器在额定运行工况下承受的电气和热应力;然后,分析了饱和电抗器在各种应力条件下的失效模式,并且找出了决定饱和电抗器失效的主要应力形式和部件;最后,基于环氧树脂的热加速寿命试验预计了饱和电抗器的平均使用寿命。结果表明:环氧树脂是饱和电抗器的薄弱环节,铁芯发热造成环氧树脂的温升是限制饱和电抗器寿命的主要因素;±1 100 k V换流阀饱和电抗器的平均使用寿命约为48 a,满足国家电网公司对饱和电抗器产品的可靠性要求。

6250A/±800kV特高压直流换流阀设计

当前我国在运的直流输电工程额定电流最高5 000A,额定功率最高8 000MW。更大容量的2个6 250A直流输电工程已经开工建设。换流阀是高压直流输电的核心设备,介绍了即将应用于某直流工程的6 250A/±800kV特高压换流阀的主要技术参数、电气设计方案、结构设计方案以及阀控系统设计方案等,并重点介绍针对电流提升的优化设计。优化后的6 250A/±800kV换流阀性能优良、可靠性高,满足工程应用要求。

中国电科院自主知识产权±1100kV特高压直流换流阀研制成功

近日，由中国电科院产业公司——中电普瑞电力工程有限公司研制的世界首个具有完全自主知识产权±1100kV／5000A特高压直流换流阀阀塔样机吊装成功，运行型式试验同步完成，这是中国电科院在特高压高端产品研制领域取得的又一项标志性成果。

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。

±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。

特高压直流换流变压器分接头自动再同步控制策略

特高压输电技术承载着新能源远距离输送的重要任务,是助力“双碳目标”达成的有力支撑,然而,受新能源上网功率波动的影响,特高压直流输电系统中送电端换流变压器分接头动作次数频繁,严重影响换流变压器使用寿命。为减少分接头动作次数,文中建立了直流输电电流、晶闸管触发角及分接头档位等关键影响因子之间的数学关系,在分析现有分接头控制策略不足的基础上,提出面向特高压直流输电系统的同极换流变压器分接头自动再同步控制策略。以雁淮特高压直流输电系统为例,通过数学推导及MATLAB/Simulink仿真,对传统策略和改进策略进行对比。结果表明所提策略有效降低分接头动作次数,提升特高压直流输电系统运行质效。

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。

±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。

±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。

±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。

±800kV特高压直流换流站阀厅金具的结构特点

±800 kV特高压直流换流站阀厅工程设计中,换流阀与换流变压器及穿墙套管之间采用管型母线连接方式,设备连接需采用特殊的管型母线连接金具。笔者通过对向家坝—上海、锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电工程换流站阀厅金具的结构介绍,阐述了阀厅金具的整体结构特点,分析了金具的载流量和耐热性、防电晕特性、机械强度的可靠性、外形尺寸以及连接形式等要求。通过实例介绍了5种常用的阀厅金具的结构细节及特点,为哈密南—郑州及溪洛渡—浙江等特高压换流站阀厅金具设计提供参考和借鉴。

±800kV/4750A特高压直流换流阀宽频建模及电压分布特性研究

直流输电换流阀的电压分布性能是其重要电气特性之一。它不但影响换流阀的可靠性,甚至也影响阀的成本。而电压性能的计算不但与分析方法有关,也受电路模型精确度的影响。针对±800kV/4750A特高压换流阀建立宽频电路模型,试验和仿真结果表明所建的宽频模型是可行的,并具有较高的精确度。此外,也就电路元件参数和杂散电容对该特高压换流阀电压分布的影响进行分析,并总结其中的关键因素。结果表明对于阀的电压分布性能来说,饱和电抗器设计和阀层对地杂散电容尤为重要。

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。

±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。