西电特高压柔直换流阀取得世界性突破

高压直流输电换流阀性能分析研究

±800kV/5000A自主化换流阀性能分析 马元社，李侠，刘宁，娄彦涛，张雷 （西安西电电力系统有限公司，陕西省西安市 710075） 摘要：文中介绍了西电电力系统公司(XDPS)自主研制的±800kV/5000A换流阀主要参数。从换流阀的电压耐受能力、电流耐受能力和大角度运行能力详细分析了自主设计换流阀的主要性能。在国家高压电器检测检验中心通过的型式试验验证了所设计换流阀性能可靠，满足实际工程应用。 关键词：特高压直流；换流阀；电压应力；电流应力 1引言 特高压直流输电具有输送距离远、输送容量大、损耗低的优势,是实现我国能源资源优化配置的重要途径之一[1]。目前我国已经建成的特高压±800kV直流工程有云南-广东和向家坝-上海直流工程，在建的有锦屏-苏南直流工程，已经开始招标的有哈密-郑州直流工程，十二五期间我国还将有数条特高压直流工程开始建设，其社会经济效益显著。随着我国特高压直流工程技术的不断发展以及我国社会经济发展的需要，自主研制±800kV特高压直流输电工程换流阀对于我国打破国外技术垄断，提升我国特高压直流工程国产化水平具有重要意义。 2011年11月西安西电电力系统有限公司设计具有自主知识产权的特高压±800kV/5000A换流阀研制成功，在国家高压电器检测检验中心通过了全部型式试验，并于2012年1月通过了国家能源局组织的国家级鉴定，技术指标达到国际先进水平。文中对西安西电电力系统有限公司研制的±800kV/5000A换流阀进行了介绍，重点对换流阀的性能进行了分析。 2±800kV/5000A换流阀设计参数 (1)环境条件 表1 阀厅内使用条件 名称参数 全封闭户内，微正压，带通风和空调 长期运行温度范围＋10～＋50℃ 最高温度＋60 ℃ 最低温度＋5 ℃ 长期运行湿度50%RH 最大湿度60%RH 地面水平加速度0.2 g 海拔高度不超过1000m (2)电气参数 为了满足不同工程的不同技术要求，换流阀采用标准化设计，模块化设计是实现标准化的最好途径。工程运行表明，模块化设计具有良好的可用率、高的可靠性及最经济的工程造价[2]。自主设计±800kV/5000A换流阀采用模块化设计，模块示意图见图1。

直流输电换流阀组分析

云广±800 kV直流输电系统串联双阀组换流 变分接开关125℃闭锁调整分析及处理 陈灿旭 （中国南方电网超高压输电公司广州局，广东广州 510663） 摘要：总结分析了云广±800 kV直流输电工程中换流变分接开关125℃闭锁调整的原因，对其存在的风险进行深入剖析，最后提出有效的处理措施，降低云广特高压直流输电系统闭锁的风险。 关键词：特高压直流工程；换流变分接开关；闭锁调整； 1引言 云广特高压直流系统是世界范围内第一个±800kV特高压直流输电系统，每极采用双12脉动阀组串联运行的结构形式[1][2]，每个阀组都由阀组控制系统独立控制，双阀组由极控系统协调控制，当双阀组均处于解锁状态时，双阀组的运行工况基本相同，阀组两端的直流电压也基本相同。但当其中一个阀组的换流变分接开关控制故障时，原有的平衡运行工况就会被打破，若故障一直持续，就会加剧双阀组间的不平衡，严重时引起阀组跳闸。自2009年底投运以来，多次出现分接开关异常情况，较常见且风险较大的是分接开关125℃闭锁调整，本文首先介绍云广特高压直流输电系统换流变分接开关的工作过程，接着对换流变分接开关125℃闭锁调整功能回路进行详细分析，然后对其存在的风险进行深入剖析，最后提出有效处理措施，以降低云广特高压直流输电系统闭锁风险。 2真空分接开关结构及工作过程 云广直流输电系统换流变电气上均为单相双绕组换流变，而高端HY换流变为三主柱两旁轭的铁芯绕组结构，其网侧有三个并联的分绕组，而其他换流变是两柱两旁轭的铁芯绕组结构，相应网侧有两个并联分绕组。相应的，穗东站使用MR公司两种参数相似的真空分接开关，其包含若干熄弧用的主触头真空泡，相比依靠油来灭弧的油浸式分接开关，真空分接开关的维护量更少，灭弧性能更优，而且不会引起油的碳化。 真空分接开关结构主要包括电动机构、分接选择器和切换开关三部分。电动机构主要是由传动机构、控制结构和电气控制设备、箱体等组成。分接选择器是能承载电流，但不接通和开断电流的装置，它由级进选择器、触头系统和转换选择器组成。真空分接开关与油浸式分接开关最大的不同就在切换开关的结构上，图1为从HY高端换流变分接开关油室内部取出来的切换开关实物图。

厦门柔性直流换流阀子模块结构及功能简介

厦门柔性直流换流阀子模块结构及功能简介 发表时间：2018-10-17T10:32:57.787Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：卓智伟 [导读] 摘要：柔性直流输电在国家能源结构调整、区域能源互联发展中具有重要的作用，是一种具有广泛应用前景的先进输电技术。（福建省电力有限公司检修分公司福建厦门 361000） 摘要：柔性直流输电在国家能源结构调整、区域能源互联发展中具有重要的作用，是一种具有广泛应用前景的先进输电技术。换流阀是柔性直流换流站中的核心设备。目前常用的拓扑结构为模块化多电平换流器（MMC）的拓扑构造。其中构成换流阀的基本原件即子模块。本文针对厦门柔性直流换流阀子模块结构及功能做一个简要介绍。 引言 厦门柔直是世界首个采用对称双极接线方案的柔性直流工程，电压等级为±320kV，直流电流1600A，输送容量达1000MW。换流阀是其核心设备，常用的电压源换流器主要有两电平、三电平和模块化多电平三种。厦门柔直采用的是模块化多电平换流器，其制造难度和损耗较低，波形质量高。什么是模块化多电平换流器呢？就是将IGBT换流阀子模块一个一个串联起来，每一个子模块可以等效为一个电容，其额定运行电压为1.6kV，厦门柔直每个桥臂有200个子模块处于工作状态，通过控制投入和退出子模块的数量来实现阶梯正弦波。下面简单介绍构成厦门柔直工程换流阀的基本元件子模块的结构。 1、换流阀 换流阀是柔性直流输电工程中的核心设备，输电过程中的整流和逆变过程均通过换流阀完成。厦门工程换流阀采用模块化、积木式设计。每极换流阀A、B、C三相分上下桥臂共6桥臂18个阀塔构成，每个阀塔由12个阀模块构成，每个阀模块包含6个子模块。 2、子模块组成及结构 IGBT子模块是换流阀的最小电气单元，采用半桥结构，见下图2-1。由以下8个部分组成：旁路开关K、晶闸管T、直流电容器C、均压电阻R、直流取能电源、子模块控制器（CLC+GDU）、散热器和IGBT模块（IGBT-二极管反并联对：S1、S2）。 图2-1子模块电器结构示意图 3、旁路开关 3.1旁路开关结构：旁路开关主要由本体、操动机构、控制板三个部分组成。 3.2主要作用：由图2-1可以看到旁路开关与下管IGBT（S2）并联运行，其主要作用为隔离故障子模块，使其从主电路中完全隔离出来，而使故障子模块不影响整个系统的正常运行。 3.3技术参数：旁路开关额定电压设计为3.6kV，额定电流为1250A，合闸时间为≤3ms；顶部绝缘件为环氧树脂材料，其阻燃性为UL94-V0（UL94标准V-0：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄灭，不能有燃烧物掉下）。 4、晶闸管 4.1晶闸管安装位置：由图2-1可以看到晶闸管T与旁路开关及下管IGBT（S2）并联安装。具 4.2主要作用：直流系统短路故障时，分流通过续流二极管的短路电流，有效避免续流二极管的热击穿。 4.3技术参数：全压接型普通晶闸管，断态重复峰值电压为3400V，通态平均电流为3200A；短路故障时晶闸管最大分流比达到91.5%，保证IGBT换流阀可耐受峰值不小于35kA。 4.4晶闸管功能测试：a、通态压降：25℃，通态压降≤1.8V。b、耐压：DC2.1kV外观：无变形。 5、直流电容器： 5.1直流电容器安装位置：由图2-1可以看到直流电容器并联在上下管IGBT两侧安装。 5.2主要作用：（1）与IGBT器件共同控制换流器交流侧和直流侧交换的功率；（2）抑制功率传输在换流器内部引起的电压波动。 5.3技术参数：无油干式电容器（阻燃、防爆），额定直流电压为2100V，设计电容值为10000uF。 6、直流均压电阻（直流放电电阻）： 6.1直流电阻安装位置：由图2-1可以看到直流电阻并联在直流电容器两侧安装。 6.2主要作用：（1）在IGBT换流阀闭锁时，实现各子模块的静态均压；（2）在IGBT换流阀停运时，对各子模块直流电容器进行放电 6.3技术参数：电阻值为25kΩ，额定电压为3500V，额定功耗600W，换流阀闭锁后的自然放电时间常数为250s。 7、直流取能电源： 7．1直流取能电源安装位置及外形：直流取能电源安装在子模块正面底部，其后端通过探针从直流电容处取得工作电压。 7.2主要作用：（1）为子模块的中控板（CLC）和IGBT驱动板（GDU）提供15Vdc电源；（2）为旁路开关的储能电容提供400Vdc的电源 7.3技术参数： （1）输入电压由0上升至400Vdc时，取能电源板导通输出，在此之前闭锁输出 （2）取能电源板导通之后，在输入电压350Vdc~3000Vdc之间均能正常工作，否则闭锁输出（过压恢复电压2700Vdc） 7.4故障信号 取能电源故障类型主要有以下几种：1）输入过压、欠压保护；2）15Vdc输出过压、欠压保护；3）400Vdc输出过压、欠压保护；4）

高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析

高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析 【摘要】高压直流输电系统换流阀水冷系统是直流换流站特有的辅助系统，由于其机械回路和控制保护回路均比较复杂，极易因其故障危及高压直流输电系统的安全运行。本文通过对目前运用的两种换流阀水冷系统的分析比较，找出其回路和原理差异，提出预防手段及改进措施，可以提高运行维护手段，避免设备事故的发生，保障电网的安全可靠性。 【关键词】高压直流;水冷系统;分析 一、换流阀水冷系统组成 高压直流输电系统每极可控硅阀配置一套独立的水冷却系统。该系统由两个冷却循环系统组成： 一是内冷水循环系统，通过低含氧量的去离子水对阀进行冷却; 二是外冷水循环系统，通过冷却塔对内冷水进行冷却。 内冷水系统主要由主循环泵、补水泵、主通道过滤器、去离子交换器、脱氧罐、膨胀罐、补水箱、氮气罐、旁通阀等组成。 外冷水系统主要由喷淋泵、排水泵、外冷水循环过滤器、冷却塔及其风扇、化学药剂容器、平衡水池等组成。 二、换流阀水冷系统工作流程说明 1.主循环冷却回路 恒定压力和流速的冷却介质，经过主循环水泵的提升，源源不断地流经三通阀，经过室外换热设备（主要为空气冷却器和密闭式冷却塔），将被冷却器件发出的热量在室外与空气或水进行热交换，冷却后的介质再进入晶闸管阀散热器，带出热量，回流到住循环泵入口，形成密闭式循环冷却系统。 由外冷温控系统通过变频器控制冷却风扇的转速从而控制冷却风量等，实现精密控制冷却系统的循环冷却水温度的要求。在法冷却水系统内管路和室外管路之间设置电动三通阀，当室外环境温度较低和换流阀低负荷运行或零负荷时，由电动三通阀实现冷却水温的调节。阀冷却水系统设定的电加热器对冷却水温度进行强制补偿，防止进入换流阀的温度过低而导致的凝露现象。 2.水处理回路中 为适应大功率电力电子设备在高电压提条件下的使用要求，防止在高电压环

高压直流输电十二脉动换流阀

高压直流输电工程中换流器的比较 高压直流输电，在我国的输电工程中有很重要的地位，由于直流输电的许多优点（1）输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2／3～l／2（2)在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗(3）直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行（4）直流输电发生故障的损失比交流输电小。而换流器作为高压直流输电中最关键的一个环节，换流器的种种性能直接影响到了直流输电的各项指标。由此我们可以看出换流器在高压直流输电工程中的重要地位，可以说换流器是直流输电技术中最重要的一环，所以换流器的各种性能以及特点也就决定了直流输电的性能。 1.换流器的功能原理及结构特点 以上是高压直流输电中最常用的十二脉动换流器的原理图，其中由十二个换流阀构成，其中每个换流阀由流阀一般由 60 ～ 120 只晶闸管串联组。由于当前晶闸管的容量远远高于其他电力电子器件，晶闸管换流阀可通过简单的串联以满足日益增高的直流电压需要，因此晶闸管换流器仍然是当前及今后相当长时期内大容量直流输电工程的首选换流器。 1.1换流器的功能作用

换流器是实现交直流电相互转换设备，当其工作在整流( 或逆变) 状态时，又称为整流器( 或逆变器) 。以实现功率变换的关键器件划分，换流器分为晶闸管换流器和全控器件换流器。前者指由半控器件晶闸管组成的换流器，后者指由全控器件（又称自关断器件）组成的换流器。以换流方式划分，换流器分为电网换相换流器和器件换相换流器(前者采用晶闸管器件由电网提供换相电压而完成换相，后者由全控器件组成，通过器件的自关断特性完成换相; 根据换流器直流侧特性划分，换流器又分为电流源换流器(和电由图表示换流器的作用 由图中我们看出换流器的主要功能就是把由发电厂发出的交流电经过换流器转换为直流电，然后经过直流输电的线路实现远距离的直流输电，所以可以说换流器是高压直流输电的首要条件，也是必须环节。 1.2换流器的工作原理 在每个电源周期，12 个换流阀以 V1、V2、…V12的顺序间隔30° 轮流触发导通，持续导通 120° +μ电角度( μ 为换相角) ，从而将电网的三相正弦电压转变为 12 脉动的整流电压 u d。与此同时，将直流极线 上近似恒定的直流电流 I d转变为换流器交流侧 的三相电流。其中，Y / Y及 Y /△型换流变压器网 侧相电流 i Y、i D及换流站从电网吸收的相电流 i S。 用傅里叶级数分解后可知，12 脉动换流器的整流 电压 u d中含有 12k = 12、24……次特征谐波( k 为自然数) ，同时相电流 i S中包含 12k ± 1 = 11、13、23、25……次特征谐波。这些谐波分别由 直流滤波器和交流滤波器进行抑制，从而达到 HVDC 工程对谐波的限制要求。典型直流输电工程 的谐波限值一般为: 直流极线中的等效干扰电流 不超过1 000 mA(单极) 、500 mA(双极);换流母线

高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析 范鑫

高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析范鑫 发表时间：2018-04-16T11:18:51.543Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：范鑫[导读] 摘要:目前阀冷系统技术发展已比较成熟，运维经验也愈为丰富，因此对各类缺陷的发生应以预防为主，尤其是注重按照反事故措施的要求开展阀冷系统的隐患排查工作，提前根据系统特点制定相应的事故防范措施，确保直流输电系统安全稳定运行。 （许昌许继晶锐科技有限公司河南许昌 461000）摘要:目前阀冷系统技术发展已比较成熟，运维经验也愈为丰富，因此对各类缺陷的发生应以预防为主，尤其是注重按照反事故措施的要求开展阀冷系统的隐患排查工作，提前根据系统特点制定相应的事故防范措施，确保直流输电系统安全稳定运行。 关键词:高压直流；输电换流阀水冷；系统介绍 1引言 国内部分直流输电工程的运行经验证明，阀水冷系统故障已成为影响换流站运行安全的重要因素之一，当水冷系统发生故障时，轻者引起输电功率的降低，重者引起直流闭锁停运甚至阀片受热损坏。为此，开展阀水冷系统常见故障类型的归纳分析，确定适宜的预防应对措施，对于保障换流阀的安全稳定运行尤为重要。 2.关于换流阀水冷系统工作流程的说明分析 2.1关于主循环冷却回路的分析 恒定压力以及流速的冷却介质在经过主循环泵的提升之后，源源不断的流经三通阀，经过室外换热设备从而将其冷却器件发出的热量在室外和空气或者水进行交换，冷却之后的介质再次进入到晶闸管阀散热器，从而将热量带出，回流到主循环泵的入口处，从而能够形成密闭式的循环冷却系统。 阀冷控制系统通过变频器控制室外换热设备冷却风扇的转速从而能够对冷却风量进行控制，更好的实现精密控制冷却系统的循环冷却水温度等方面的要求。在阀冷却水系统室内管路以及室外管路之间设置一个电动三通阀，在室外温度比较低以及换流阀低负荷或者零负荷运行的时候，通过电动三通阀实现冷却水温度的调节。阀冷却水系统设置电加热器对冷却水的温度进行强制补偿，从而能够更好的防止进入换流阀的循环水温度过低，导致换流阀出现凝露的现象。 2.2关于水处理的回路中 为了能够更好的适应大功率电力电子设备在高电压条件下的使用要求，防止在高电压的环境下出现漏电流，冷却介质必须要具有着较低的电导率，所以在主循环冷却的水路上设置去离子水处理回路，并和主循环回路冷却介质在高压循环泵之前进行合流。从而使一定流量的部分冷却介质流经离子交换器，不断的净化管路之中可能析出的离子，同时也能使与离子交换器连接的补液装置可以自动把原水补充到封闭式的系统当中，更好的去保持冷却介质能够充满。 2.3关于缓冲密封的回路分析 因为所使用的密封方式不同，可以采用膨胀罐加氮气恒压系统去保持系统管路之中的冷却介质充满以及隔绝空气，也可以采用高位膨胀水箱的缓冲密封系统从而保持管路之中的冷却介质可以充满。 2.4关于二次回路的分析 阀冷控制系统主要采用PLC作为控制器，PLC是阀冷系统控制以及保护的核心元件，主要选择西门子S7-400H系列的PLC。 阀冷控制系统CPU以及IO模块全部采用冗余配置。两个CPU通过同步光缆模块进行连接，从而更好的实现了CPU硬件冗余。S7-400H 采用热备用模式的主动冗余原理，没有故障的时候两个子单元都处于运行的状态下，在故障出现的时候，故障的CPU将无扰动的自动切换到无故障的CPU，正常工作的子单元可以独立的完成整个过程的控制。 冗余系统由A、B两个PLC控制系统组成。在开始的时候，A系统为主，B系统为备用，当主系统A当中的任何一个组件出现错误，那么控制任务将会自动的切换到备用系统B之中进行执行，此时B系统变为主，A系统则为备用，其切换的时间小于100ms，切换期间输出信号持续保持，因而并不会出现信息丢失或报警中断。 3.关于换流阀冷却系统的维护检修分析 3.1关于主循环泵的维护分析 第一是主循环泵检修以及维护可以在线进行，也可以在系统停机的时候进行。第二是主循环泵为卧式结构，电机额定转速为1450rpm。第三是每周检测电机电源的三相电流平衡，三相电流的相差应该要小于十度。第四是水泵正常的噪音需要低于八十五分贝，在噪音增加或者是异常的时候，需要立即手动切换到备用泵，同时也需要通知厂家到现场对故障进行排除。第五是电机主轴以及泵体主轴的同心度对于水泵的长期稳定运行有着较大的影响，所以建议更换电机等维护操作应由水泵厂家进行，同时在维护之后使用专业的测量工具（如：百分表等）对电机和泵的同轴度进行测量。第六是检测水泵轴承室润滑油的高度，油杯需要见到润滑油的高度，一般油位达到杯子容量的2/3即可。 3.2关于补水泵以及原水泵的维护分析 第一是补水泵以及原水泵允许在线进行检修。第二是补水泵以及原水泵主要是为立式水泵，机械密封的冷却完全依赖于泵体内的液体介质浸泡，但是机械密封处于泵体的最高位，所以在第一次运行后必须要松开泵体上部的排气阀对其进行排气。第三是补水泵和原水泵允许的噪音需要低于七十二分贝，在噪音增大的时候需要停止运行。第四是每二年需要清洗水泵的电机风叶一次。 3.3关于三通阀执行机构的维护分析 第一是每个月巡检的过程中需要对三通阀执行机构的连杆销轴进行检测，同时每三个月加注适当的润滑油。第二是每年停机检修的过程中，手动对三通阀执行机构进行开关的动作。 3.4关于电磁阀线圈的更换分析 第一是利用螺丝刀去拧开电磁阀线圈侧边的接头螺丝，从而对其电缆接头进行拆开。第二是利用扳手拧开电磁阀线圈顶端的螺母和垫片，从而拔出线圈露出底座阀杆。第三是把新的线圈安装到底座阀杆。第四是使用扳手进行拧紧。第五是使用螺丝刀进行拧紧。 4、某公司水冷系统与ABB水冷系统的分析比较 4.1主水过滤器