高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计规范
1.1 换流变压器
在高压直流输电系统中，换流变压器是最重要设备之一。在整流站，用它将交流系统和直流系统隔离，通整流装置将交流电能转换为高压直流电能，再利用直流输电线路传输；在逆变站，通过逆变装置将直流电能再转换为交流电能，再通过换流变压器输送到受端交流系统；从而实现不同交流系统的联络。
1.1.1 换流变压器功能与特点
换流变压器功能有：1、降低交流侧谐波电流，特别是降低了5、7次谐波电流，这是由于绕组接法为YNyn0和YNd11，提供相位差为30°的12脉波交流电压；2、作为交、直流系统的电气隔离，可削弱侵入直流系统的交流侧过电压幅值；3、限制故障电流，换流变压器的阻抗限制了阀臂短路和直流母线上短路时的故障电流，使换流阀免遭损坏；4、通过换流变压器可实现直流电压较大幅度的分档调节。
由于换流变压器的运行与换流器的换相所造成的非线性密切相关，所以换流变在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通电力变压器有不同的特点。
(1)短路阻抗
为了限制当阀臂及直流母线短路时的故障电流以免损
坏换流阀的晶闸管元件，换流变压器应有足够大的短路阻抗。但短路阻抗也不能太大，否则会使运行中的无功损耗增加，需要相应增加无功补偿设备，并导致换相压降过大。大容量换流变压器的短路阻抗百分数通常为12%~18%。
(2)绝缘
换流变压器阀侧绕组同时承受交流电压和直流电压。由两个6脉动换流器串联而形成的12脉动换流器接线中，由接地端算起的第一个6脉动换流器的换流变压器阀侧绕组直流电压垫高0. 25U d(U d为12脉动换流器的直流电压)，第二个6脉动换流器的阀侧绕组垫高0. 75U d，因此换流变压器的阀侧绕组除承受正常交流电压产生的应力外，还要承受直流电压产生的应力。另外，直流全压起动以及极性反转，都会造成换流变压器的绝缘结构远比普通的交流变压器复杂。
(3)谐波
换流变压器在运行中有特征谐波电流和非特征谐波电流流过。变压器漏磁的谐波分量会使变压器的杂散损耗增大，有时还可能使某些金属部件和油箱产生局部过热现象。对于有较强漏磁通过的部件要用非磁性材料或采用磁屏蔽措施。数值较大的谐波磁通所引起的磁致伸缩噪声，一般处于听觉较为灵敏的频带，必要时要采取更有效的隔声措施。
(4)有载调压
为了补偿换流变压器交流网侧电压的变化以及将触发
角运行在适当的范围内以保证运行的安全性和经济性，要求有载调压分接开关的调压范围较大，特别是可能采用直流降压模式时，要求的调压范围往往高达20%~30%。
(5)直流偏磁
运行中由于交直流线路的藕合、换流阀触发角的不平衡、接地极电位的升高以及换流变压器交流网侧存在2次谐波等原因将导致换流变压器阀侧及交流网侧绕组的电流中产生直流分量，使换流变压器产生直流偏磁现象，导致变压器损耗、温升及噪声都有所增加。但是，直流偏磁电流相对较小，一般不会对换流变压器的安全造成影响。
(6)试验
换流变压器除了要进行与普通交流变压器一样的型式试验与例行试验之外，还要进行直流方面的试验，如直流电压试验、直流电压局部放电试验、直流电压极性反转试验等。
1.1.2 换流变的型式
换流变压器的型式可以分为四类(如图3-1)：三相三绕组式、三相双绕组式、单相三绕组式、单相双绕组式。采用哪种换流变压器的结构型式，应该根据换流变压器的交直流侧系统电压的要求、变压器运输的条件、变压器的容量以及换流站的布置情况等因素全面的考虑来确定。
图3-1 (a)三相三绕组；(b)三相双绕组；(c)单相三绕组；
(d)单相双绕组
对于中等额定容量和额定电压的换流站来说，应该充分优化运输方案，可优先考虑采用三相变压器，能够有效的减少材料使用量，减少变压器占地空间和损耗，其中最为明显的是空载损耗。特别的，如果是12脉动的换流变压器的两个6脉动换流桥，可以采用两台三相变压器。
对于容量较大的换流变压器，可以考虑采用单相变压器组，如果制造条件和运输条件允许的情况下，也可以采用单相三绕组式的换流变压器。和单相双绕组变压器相比较来看，单相三绕组的换流变压器所使用的套管、铁芯、油箱及有载开关较少，因此也更经济、可靠。然而单相三绕组换流变压器的运输质量约为单相双绕组换流变压器的1.6倍，宽度也比较大，对于大容量换流变压器来说，运输难度增加许多。
将单相双绕组变压器和单相三绕组变压器在选型原则上进行对比（表3-1），其中换流变容量由式(3-19、20、21、
22)确定。
表3-1 换流变压器选型对比
哈郑工程双极输送的功率为8000MW，考虑到运输风险、制造难度以及国产化等因素，采用的是单相双绕组换流变压器。
1.1.3 换流变的结构
哈郑工程两端的换流变压器均采用单相双绕组型式，整流站的铁芯结构采用单相两柱带旁轭式，逆变站的铁芯结构为单相四柱式结构，中间两个主柱上套绕组，外边两个旁柱作为磁通回路，不套绕组。两个主柱上的绕组在电气上并联连接。
每极为两组12脉动换流阀组的串联，分为高端和低端两个阀组。与高端的阀组相连接的六台换流变压器组成两个三相组，分别接成YNyn0和YNd11两种接线，分别称为“Y H”和“D H”组。与低端的阀组相连接的六台换流变压器也组成了两个三相组，分别称为“Y L”和“D L”组。所以，一个极需要四个6脉动换流变压器，而一个6脉动换流变压器需要3个单相双绕组变压器，即一个极需要12个单相双绕组变压器，一个站就需要24个单相双绕组变压器，加上备用的4台，一个站需要的变压器台数为28台。换流变压器的电气连接如图3-2所示。
图3-2 换流变与换流阀接线示意图
1.1.3 脉动换流器主要参数计算
(1)换流器直流电压降
该工程采用6英寸晶闸管换流阀，在主回路计算值需考虑换流阀的各种损耗及压降。依据换流阀特性及以往工程经验，两端换流站每个6脉动换流器的相对阻性压降d r 取为0.3%，换流阀的前向压降U T 取0.3kV [7]。
(2)额定相对感性压降
换流器相对感性压降d x ，可根据文献[7]化简为 k x u 21d =N 式(3-1) 一般在设计阶段，主回路计算中需考虑为PLC 滤波器预留空间。由于PLC 滤波电抗器的相对感性压降较小，通常可取为约0.2%[7]，可得。 PLC N u u 21d k x += 式(3-2) 根据1.1.4(四)给出的换流变短路阻抗值和式(3-2)可得整流站和逆变站的额定相对感性压降为
0.1020.0022.02
1u u 21d d k x x =+?=+==PLC NI NR (3)换流器消耗的无功
换流器在运行过程中要消耗大量的无功，需要利用无功设备进行补偿。额定运行工况下，每个12脉动换流器消耗的无功功率计算为[7]
di0N dN d U χI 2=N Q (式3-4) 式中的因子χ定义为 )(cos -cos )(sin2-2sin 180241χμααμααπμ+++= 式(3-5)
对于逆变器，需将式(3-5)中的α换成γ。每个换流站2极共有4个12脉动换流器，因此消耗的无功功率应为式(3-4)的4倍[7]。
据此可得两端换流站平衡双极额定运行时消耗的无功功率，计算中用到了上文2.2(8)中确定的换相角μR 和μI 和下文式(3-8)和式(3-9)确定的换流器额定直流空载电压U di0NR 和U di0NI ，得
整流侧
4884.0)
368.2515(cos -15cos )368.2515(sin2-152sin 180368.25241)
(cos -cos )(sin2-2sin 180241χ=?+???+???+??=+++=πμααμααπμvar 1774.45456565.23254884.024U χI 24di0NR dN d M Q NR =????=?= 逆变侧
0615.0)
21.2417(cos -17cos )21.2417(sin2-172sin 18021.24241)
(cos -cos )(sin2-2sin 180241χ=?+???+???+??=+++=πμγγμγγπμ var 1453.4449776.21950615.024U χI 24di0NI dN d M Q NI =????=?=
1.1.4 换流变压器主要参数计算
(1)额定空载直流电压
换流变压器额定空载直流电压U di0N 可由6脉动换流器电压计算公式转换得到:
T R di NR di dN d rR xR R di dR U U U I I d d U U -??????+=000)(-cos n α 式(3-6) T I di NI di dN d rI xI I di dI U U U I I d d U U +??????-=000)(-cos n γ 式(3-7)
式中：U dR 和U dI 分别为整流侧和逆变侧的双12脉动换流器电压；n 为每站每极6脉动换流器的个数，在该特高压直流工程中取4。
在额定运行工况下，对上述二式进行变换整理，得
V U U U NR NR T NR NR k 6565.232003.0102.0-15cos 3.04800d d -cos n r x d 0di =+?+=++=）（）（α
式(3-8)
V U N U U NR NR T I NI NI k 7760.219003.0102.0-17cos 3.041855.747d d -cos r x d 0di =+?+=++=）（）（γ
式(3-9)
(2)换流变压器阀侧额定交流线电压
换流变压器阀侧额定交流线电压与理想空载直流电压之间的关系为 35.1320di 0di vN N N U U U ==π 式(3-10) 式中U di0N 为在额定触发角αN 或关断角γN 、额定直流电压U dN 及额定直流电流I dN 下，一个6脉动换流器的理想空载直流电压。
对于整流侧：
V U U NR k 3381.17235.16565.232320di vNR ===π 式(3-11) 对于逆变侧： V U U NI k 7970.16235.17760.219320di vNI ===π 式(3-12) 换流变压器阀侧交流线电流有效值为 A I I k 0824.453232d v =?=≈ 式(3-13) 换流变阀侧Y 绕组额定电流
A I I N YN k 0824.4v v == 式(3-14) 换流变阀侧△绕组额定电流 A I I DN k 3570.230824.43vN v === 式(3-15)
(3)换流变压器额定容量S N
对于连接6脉动的三相换流变压器的额定容量为 N N N N N I U I U S d 0di v v 33π== 式(3-16) 对于连接12脉动的单相三绕组换流变压器额定容量为 N N N N W N I U I U S d 0di v v 392323π=?= 式(3-17) 对于连接12脉动的单相双绕组换流变压器额定容量为 N N W N W N I U S S d 0di 3292π== 式(3-18) 哈郑工程中采用连接12脉动的单相双绕组换流变压器，对于整流侧和逆变侧的额定容量分别为：
MVA I U S N NR WR N 0622.40656565.23299d 0di 2=??==ππ 式(3-19)
MVA I U S N NI WI N 5815.38357760.21999d 0di 2=??==ππ 式(3-20)
在1.1.1变压器选型中，需单相三绕组换流变容量，计算如下
MVA I U S N NR WR N 1244.81256565.2329292d 0di 3=??==ππ 式(3-21)
MVA I U S N NI WI N 1630.76757760.2199292d 0di 2=??==ππ 式(3-22)
(4)换流变压器短路阻抗
为了限制当阀臂及直流母线短路时的故障电流，以免损坏换流阀的晶闸管元件，换流变压器应有足够大的短路阻抗。但短路阻抗越大，换流变压器将消耗更多的无功，并导致换相压降过大。
短路阻抗的选择应考虑的因素有：①短路阻抗u k 确定了换流变压器的漏磁电感值以及晶闸管允许的短路浪涌电流I M 的值；②由于短路阻抗u k 越大，换流站内部的电压降就越大，因此这对于已确定的高压直流输电系统的额定输送功率，换流变压器及换流阀就需要有更大的标称容量；③短路阻抗u k 确定了换相角μ的大小，从而也影响逆变站超前触发角α或关断角γ的大小；④影响换流站无功功率的需求以及所需的无功补偿设备容量；⑤短路阻抗u k 将影响谐波电流的幅值，一般来说，短路阻抗增大会减小谐波电流的幅值。
根据换流阀的浪涌水平选择。哈郑工程中整流站和逆变站晶闸管的浪涌电流均为52kA 。S NR 为换流变压器的三相容量，S sc-max 为最大交流三相短路容量，U 为交流系统电压水平，整流侧KV U 530=，逆变侧KV U 515=，sc I 为交流系统最大短路电
流为KA 19。其中最小短路阻抗应该满足范围%22~%12。 整流侧
MVA I U S N NR NR 5896.12180824.43381.17233v v =??== 式(3-23)
MVA UI S sc SC 7516.174411953033max =??==- 式(3-24)
%2441.127516.174415896.121852522max min =-?=-=--SC NR M dN k S S I I u 式(3-25)
逆变侧
MVA I U S VN VN NI 1252.11510824.47970.16233=??== 式(3-26)
MVA UI S sc SC 1171.169481951533max =??==- 式(3-27)
%4387.121171.169481252.115152522max min =-?=-=--SC NR M dN k S S I I u 式(3-28)
特高压直流输电工程设计两端换流站的换流变短路阻抗u k 一般为19%一20%，由于计算得出的u k 偏小，故在主
回路设计中采用20%计算。
1.2 换流阀
哈密南到郑州特高压直流输电工程，采用了A5000型换流阀。A5000型换流阀绝缘配合设计综合考虑了阀塔在运行过程中交流、直流和冲击电压下空气间隙和局部放电等要求，设计了合理的空气净距和爬电距离。同时还考虑了高海拔运行环境下绝缘材料表面的污秽累积对绝缘性能的影响。
在哈郑工程中，每个完整单极由2个12脉动换流单元串联组成，分别位于高压阀厅与低压阀厅。每个12脉动换流单元的额定电压为400kV，其中低压12脉动桥连接0电位和400kV直流电位，高压12脉动桥连接400kV和800kV 直流电位。每个12脉动换流单元都跨接直流旁通断路器，使得当某一换流单元故障时另一换流单元还可以继续运行。
1.2.1 6英寸晶闸管简介
直流输电工程换流过程中，晶闸管的阀片是组成晶闸管换流阀的关键元件，哈郑工程由于电压高，功率大，每一极换流阀采用双脉动桥串联，采用了电触发的6英寸晶闸管，其额定电压为8500V，额定电流为5000A，短路电流能力可达52KA，在通流能力方面留有很大的裕度。
高压直流输电对于晶闸管有两个特点，第一，换流阀是
由数千只的晶闸管串联而成，为了保证一个换流阀臂上的器件能够同时开通或者同时关断，对于晶闸管的参数一致性要求很高；第二，对于器件的长期可靠性的要求很高，能够保证换流阀具备长期连续可靠运行的能力。
6英寸晶闸管在设计的过程中主要考虑它的电流特性、电压特性、可靠性以及动态特性4个方面。通过选择台面的双负角造型、并结合合适的硅单晶以及杂质的分布，来实现晶闸管的预期耐压设计。同时，要在单晶电阻率、杂质分布、片厚以及芯片内少子寿命之间进行优化，使晶闸管的电压特性和电流容量满足特高压换流阀的应用要求。
晶闸管设计的最终目的是使器件的各种动态参数和静
态参数大道最佳的效果。其中，晶闸管动态的特性包含有开通特性和关断特性，具体表现在电压上升率()dt
du、电流上升率()dt
di、开通时间、关断时间、门极特性以及反向恢复电荷等参数[8]。
1.2.2 换流阀设计基本要求
高压直流输电系统中，把实现换流所需的三相桥式换流器的一个桥臂，称为换流阀。换流阀是直流系统的核心装备，它由数量繁多的多种元器件组成，结构较复杂，对于换流阀的电气优化设计，对于直流输电系统运行的可靠性和能量利用率的评估具有重要的意义。
(1)系统对换流阀定值的要求
①连续运行额定值
根据本工程的要求，换流器应应具有的连续运行额定值有:额定直流电压，±80okV;额定直流电流，5000A；额定直流功率，8000MW。阀的冷却系统及其他辅助系统的设计须满足的连续运行额定值的要求。
②过负荷能力
依照系统要求的换流阀的过负荷能力可以分为三种：①暂时过负荷额定值，一般指的是数秒之内的过负荷的能力；
②短时过负荷额定值，一般指的是半小时到数小时之内可以连续运行的过负荷的能力；③连续过负荷额定值，指的是可以长期连续运行的过负荷的能力。系统要求换流阀的过负荷能力应该能够和高压直流输电系统的过负荷能力相匹配。
前两种过负荷额定值是由相应电力系统故障后为减少经济损失以及为电力系统故障后的恢复提供必要的功率支持而提出来的，该定值的合理性应顾及相应设备费用的增加。后一种过负荷额定值是由直流输电系统以各种调制方式阻尼交流系统的振荡和提高系统运行稳定性的要求而提出的。
上述过负荷额定值均应考虑过负荷前的运行状态，例如实际的负荷情况及冷却设备投运情况。
由于本文主要讨论额定状态下的换流阀设计，这部分不涉及。
(2)对运行触发角工作范围的要求
从减少谐波分量，减少无功的消耗，降低运行的损耗等方面来考虑，换流阀的额定运行触发角应该是越小越好，然而，要是从保证足够的调节裕度和换流阀安全可靠的换相的角度来看，应该是有最小的角度限制。
换流阀的运行触发角的工作范围的优化选择应该考虑的因素有以下几种：要满足正常的启停和事故时的启停的要求；要满足交流母线的电压控制和无功调节的控制要求；要满足最小负荷、额定负荷和直流降压等各种运行方式的要求等等。根据经验，整流器的触发角一般在?15左右，最小为?5；逆变器的关断角一般为??18~15左右，最小为?15。
根据直流输电工程的经验和目前晶闸管的制造水平以及触发控制系统的性能水平，本工程中整流器的额定触发角?=15N α，最小值为5°;逆变器的额定关断角取?=17N γ，最小值为15°。
1.2.3 换流阀电气设计
(1)晶闸管设计
晶闸管串联极数由阀避雷器的操作冲击保护水平决定，关系如下： DSM V SIPL im
d min k k n ??= 式(3-29)
式中：SIPL 为跨阀的操作冲击保护水平，SIPL=451kV ；
V DSM 为晶闸管正向断态不重复峰值电压，规定断态重复峰值电压V DRM 为断态不重复峰值电压(即断态最大瞬时电压)V DSM 的90%，V V V DRM DSM k 5.89.0==； 1.1k im =为操作冲击电压下的安全系数；051.k d =为单阀的电压分布系数。
在哈郑工程中，晶闸管串联极数最小值为 6128.615.805.11.1451k k n im d min ≈=??=??=DSM V SIPL 式(3-30) 依据工程经验，晶闸管换流阀的冗余度不宜小于1.03(即83.636103.1n 03.1n min =?==)，且每阀臂冗余元件数不应少于3个，故每个换流阀中的晶闸管一共为64个。
(2)饱和电抗器
为增加换流阀设计的通用性，A5000换流阀的每个阀组件都串联2个EET-3型饱和电抗器。
(3)阻尼电路
阻尼电阻为直接水冷电阻，阻尼电容同时采用了空气绝缘和固态树脂绝缘。直流均压的作用是确保阀承受的直流电压在晶闸管级之间均匀分配，同时为触发和监控系统(thyristor triggering and monitoring ，TTM)提供晶闸管电压的测量采样。功能有：①在每个晶闸管两端均匀分配阀电压；②为TTM 提供工作电源；③限制晶闸管关断时的反向恢复过冲电压。
1.2.4 换流阀结构设计
A5000型换流阀采用了标准化模块设计，基本功能单元是阀组件，每个阀组件由8个8.5kV晶闸管级和2台饱和电抗器串联而成，2个阀组件组成1个阀模块。
(1)晶闸管及晶闸管级(Thyristor Level)。晶闻管是组成晶闸管阀的关键元件，除了光电转换触发晶闸管外，光直接触发晶闸管也已在高压直流输电工程中应用。光电触发的晶闸管级由晶闸管元件及其所需的触发、保护及监视用的电子回路、阻尼回路等构成[9]，晶闸管触发控制原理如图3-3。
(2)阀组件。对于A5000型换流阀，每个阀组件由8个串联连接的晶闸管级与2个阳极电抗器串联后再并联上均压电容元件构成。
(3)阀模块。由2个阀组件串联组成，共16
?个晶闸管。
2=
8
(3)单阀(或阀臂)。由4个阀模块串联连接组成，共?个晶闸管级，它构成了6脉动换流器的一个臂，故又4=
64
16
称阀臂。
(4)二重阀，2个单阀垂直组装在一起构成6脉动换流器一相中的2个阀，称为二重阀，共8个阀模块，在结构上构成一个阀塔，共128
8=
?个晶闸管。
16
四重阀，由4个单阀垂直安装在一起构成12脉动换流器的一相中的4个阀，称为四重阀，共256
?
?个晶闸管。
8
2=
16
(5)三相12脉动换流器。本工程中由2个相位相差30°
的6个单阀连接构成三相12脉动换流器串联构成，共3=
?个晶闸管。
768
256
整流站和逆变站各4个12脉动换流器，每站需3072个晶闸管。上述晶闸管级、阀组件、单阀的电气结构如图3-4。
图3-3 晶闸管级触发控制结构
图3-4 阀电气连接示意图
换流变压器与交流系统的主变压器比较 超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点[1>包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。 换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在较优的状态等。 换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。 1 换流变压器的特点以及对保护带来的影响
1.1 短路阻抗 直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。 1.2 直流偏磁 当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。 1.3 谐波 由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。对于换流变压器，主要会流过特征谐波电流，即p*n 1次谐波电流（p为脉波数，n为任意正整数）。在运行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。这些谐波电流应加以考虑，以免对保护装置造成影响。
ICS 中国南方电网有限责任公司企业标准 Q/CSG XXXXX—2015 柔性直流输电换流器技术规范 Technical specification of converters for high-voltage direct current (HVDC) transmission using voltage sourced converters (VSC) （征求意见稿） XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施 中国南方电网有限责任公司发布
目次 前言............................................................................... III 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 3.1 额定直流电流 rated direct current (1) 3.2最大直流电流maximum direct current (2) 3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current (2) 3.4 额定直流电压rated direct voltage (2) 3.5 额定直流功率rated direct power (2) 4 文字符号和缩略语 (2) 4.1 文字符号 (2) 4.2 缩略语 (2) 5 使用条件 (2) 5.1 一般使用条件的规定 (3) 5.2 特殊使用条件的规定 (3) 6 技术参数和性能要求 (3) 6.1 总则 (3) 6.2 换流器电气结构 (4) 6.3 阀设计 (5) 6.4 机械性能 (6) 6.5 电气性能 (7) 6.6 冗余度 (7) 6.7 阀损耗的确定 (8) 6.8 阀冷却系统 (8) 6.9 防火防爆设计 (8) 6.10 阀控制保护设计 (8) 7 试验 (9) 7.1 试验总则 (9) 7.2 型式试验 (9) 7.3 例行试验 (11) 7.4 长期老化试验 (11) 7.5 现场试验 (12) 8 其它要求 (12) 8.1 质量及使用寿命 (12) 8.2 尺寸和重量 (12) 8.3 铭牌 (12) 8.4 包装和运输 (12)
柔性直流换流阀在线监测技术研究 发表时间：2018-08-17T10:05:46.513Z 来源：《电力设备》2018年第14期作者：卓智伟[导读] 摘要：柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电之后的新一代输电技术。换流阀是柔性直流换流站中的核心设备。换流阀设备一旦出现故障，不仅会导致直流输电的停运，甚至引发重大的安全事故。本文针对厦门柔性直流换流站的换流阀讨论了针对子模块的在线监测技术。 （福建省电力有限公司检修分公司福建厦门 361000）摘要：柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电之后的新一代输电技术。换流阀是柔性直流换流站中的核心设备。换流阀设备一旦出现故障，不仅会导致直流输电的停运，甚至引发重大的安全事故。本文针对厦门柔性直流换流站的换流阀讨论了针对子模块的在线监测技术。 引言 柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电之后的新一代输电技术，在控制传输电能的同时可独立调节无功功率。柔性直流输电不存在换相失败问题，无需配置滤波及无功补偿设备，易于构建多端直流网络，具备黑启动能力。可以解决目前交直流输电面临的诸多技术瓶颈，可以改善风电接入性能，大大提高低电压穿越能力和系统稳定性，是远距离海上风电并网的唯一技术手段。该技术的出现，为新能源发电并网、大型城市中心负荷供电、孤岛供电、多端直流联网提供了一个崭新的解决方案，是构建智能电网的重要技术手段。换流阀是柔性直流换流站中的核心设备。换流阀设备一旦出现故障，不仅会导致直流输电的停运，甚至引发重大的安全事故。引发换流阀设备出现故障有很多原因，在线监测技术能够及时发现并排除设备的安全隐患。因此，开展柔性直流输电换流阀在线监测技术研究，能够大大提高换流阀运行的安全可靠性，降低各种安全事故的风险。电力电子器件的结温严重影响着其工作可靠性，结温过高与结温波动过大都会对电力电子器件的性能造成影响，因此，获取电力电子器件的结温对其优化设计、可靠性分析、寿命预测等具有重要作用。对于金属化薄膜电容器，随着电容器的老化，容值会逐渐的衰减，造成子模块电压波动变大，甚至影响系统稳定运行。因此必须对电容进行容值的监测。 1、IGBT结温监测技术 1.1光纤测温原理 光纤光栅是利用掺有锗离子的光纤纤芯材料的光敏性，通过紫外激光将入射光的相干光场曝光到光纤的纤芯之中，使原本沿光纤纤芯轴向均匀分布的折射率发生永久性的周期性变化，此形成的一种光学结构被称为光纤光栅。光纤光栅具有高的反射特性、选频特性和色散特性，波长移动响应快，线性输出动态范围宽，能够实现被测参量的绝对测量，不受发光强度影响，对于背景光干扰不敏感、小巧紧凑、易于埋入材料内部，并能直接与光纤系统耦合。光纤光栅的反射波长与光栅周期及纤芯有效折射率有关，由于光纤Bragg 光栅（FBG）对外界环境敏感，当光纤光栅外部环境温度发生变化时，会产生热光效应和热膨胀效应，分别影响光纤光栅纤芯的有效折射率和栅格常数，导致FBG 的反射波长发生偏移，通过对反射波长偏移量的测定，可以间接测量外界物理量的变化。因此，基于光纤光栅的传感过程是通过外界参量对光纤光栅反射波长的调制来获得传感信息。下图是光纤光栅的工作原理图。 因此IGBT结温可使用光纤测温法测出。 1.2 IGBT 参数法测温原理 IGBT本质上是一个由MOSFET驱动的BJT管，因此结构与MOSFET十分相似，差别仅在于它是P+衬底，而MOSFET是N+衬底。 IGBT的饱和压降为在门极电压驱动下IGBT工作于饱和区时，IGBT集电极（C）与发射极（E）之间的电压。由IGBT的内部结构可知，IGBT的正向饱和压降由两部分组成，即二极管压降和MOS沟道压降。二极管的压降呈现负温度系数的电阻特性，而MOS沟道电阻随温度的升高而增大，因此沟道压降随温度的升高而升高。这使得IGBT的正向压降在不同的正向电流下呈现不同的温度特性。当电流较小时，沟道压降影响较小，IGBT的正向伏安特性与二极管相似，具有负温度系数，而当电流较大时，沟道压降起主要作用，IGBT的正向压降具有正温度系数。 实验测量结果证实在热稳态和热瞬态过程中，IGBT的正向饱和压降与温度的关系只与芯片内部结构和集电极电流有关，与封装结构等无关。故IGBT结温也可由测量IGBT运行过程中的电压及电流参数推算得出。 2、电容监测原理 由于子模块电容容值C 满足式2.1：
特高压换流变压器现场局部放电试验技术分析田丰 发表时间：2018-06-25T16:23:05.960Z 来源：《电力设备》2018年第4期作者：田丰 [导读] 摘要：特高压换流变压器现场局部放电试验的技术是很多电力部门比较热衷的话题。 （保定天威保变电气股份有限公司河北保定 071056） 摘要：特高压换流变压器现场局部放电试验的技术是很多电力部门比较热衷的话题。本文针对这个问题分析了特高压换流变压器现场ACLD试验、特高压换流变压器现场局部放电检测干扰源及抗干扰措施，以期望对特高压换流变压器现场局部放电试验提供借鉴和参考。 关键词：特高压；换流变压器；局部放电试验 1 引言 直流输电系统中的重要设备是特高压换流变压器，特高压换流变压器的运行状态直接对整个系统的安全性产生影响，换流变压器的安全运行状态主要取决于换流变压器本身的绝缘性能。通过现场的长时交流感应耐压试验可以对换流变压器本身的运输和绝缘缺陷进行检测，例如可以检测气泡、杂质和悬浮电位的放电缺陷等，这些项目的检测对换流变压器的安全运行是非常重要的。 2 特高压换流变压器现场ACLD试验分析 在进行特高压换流变压器现场ACLD试验的时候要对现场的干扰因素进行充分的考虑，因为试验现场电压高、环境复杂，某种程度来说现场的干扰因素是决定试验成功与否的重要条件。特高压换流变压器现场ACLD试验局部放电测试中要对干扰信号进行充分识别，对干扰信号的传播途径进行研究并制定出抑制干扰进行的策略。 本文主要根据±800kv换流变压器现场ACLD试验局部放电检测干扰信号进行研究，并根据试验中出现的情况制定出相应的抗干扰措施。±800kv直流输电工程主要包括HY和HD两个换流现场，是ACLD试验中的重要试验场地，其中HY换流变从阀侧加压。现场ACLD试验可以在很大程度上避免出现现场拆装的施工过程，不仅规避了风险同时节约了工程费用。本文中的实验采用的是JFD-4000局部放电系统进行多端测量。 3 特高压换流变压器现场局部放电检测干扰源及抗干扰措施分析 3.1 空间电磁波干扰分析 电力系统中的载波通信、高频保护信号和无线电广播等空间电磁波会产生高频正弦波对正常的波形产生干扰，这些干扰波往往具有固定的谐振频率和频带宽度，此次试验通过对局部放电检测仪设置软硬件滤波系统控制空间电磁波的干扰。软件内部设置的FIR可以通过滤波器和减法器等实现自动滤波的功能，硬件上设置的高通滤波器低通滤波档位可以实现滤波的功能。现场测量时需要根据局部放实来对系统的灵敏度和背景噪声进行测量，从而系统就可以选择合适的低频和高频滤波档位，来对测量中的干扰信号进行避开。这个过程不适宜选择宽度小的测量频带，因为过窄的测量频带对有效放电信号可以产生一定的忽略，因此在选择局部放电检测仪测量带的宽度时候一般不得小于100kHz。 通过这个过程将数据采集系统采集到具有局部放电信号和周期性干扰信号的输入列输入一系列的多通带FIR滤波器，最后输出的就是具有周期性的干扰信号，然后再使用减法器对干扰信号与输入列进行相减，从而是系统可以最大限度地避免干扰频率，最终输出局部放电信号。 3.2 电晕干扰分析 试验中的回路如果处于高电位的导电部分就会产生电晕放电现象，例如试验中使用的法兰、金属盖帽、试验变压器和耦合电容器的端部都是特别容易产生电晕的部分。另外，如果试验回路中如果有地方的连接处接触不良地方也是特别容易产生电晕的部分。电晕干扰的特点是会随着试验电压的升高而增大的，在局部放电检测中电晕干扰是非常明显的。 对高压端电晕放电的抑制的最好方法是选用合适的屏蔽环、罩、球等。检查所有的连接部位，从而保证连接处的接触良好从此来消除系统中的接触放电的现象发生。在选用屏蔽罩的时候要检验屏蔽罩的上部是否为半球形、下部是否为单环形。屏蔽双环必须由两个圆形的单环组成，并且屏蔽罩和屏蔽双环表面的最大强度不得大于1.5MV/m。屏蔽罩场的计算可以通过相应的公式来计算。 采用的高压导线和连接线按防晕设计中导线和连接的直径必须足够大，从而保证表面的最大场强不得大于1.5MV/m，这里场强可以采用原著对平板电机的场强计算公式来计算。 3.3 脉冲型干扰分析 脉冲型干扰在时域上是持续时间较短的脉冲信号，在频域上则是频率成分的款待信号，因而脉冲型干扰具有局部放电信号的大部分特征。因而在进行局部放电试验中，高频脉冲型干扰的波形和频率特征与放电脉冲极为相似，甚至在一般状态下很难区分，唯有使用三维图谱观察才能比较明显地对脉冲型干扰进行区分。高频脉冲型干扰大致可以分为三类：固定相位的脉冲干扰；与电压相位有时间相关规律的干扰；随机出现的干扰脉冲。脉冲型干扰在时域上呈离散型，针对这一特性应该采用时域开窗法来进行抑制，时域开窗也有硬件和软件之分，硬件方法主要有差动平衡阀和脉冲鉴别法。两者都是利用两个测量点之间的脉冲差来对外部干扰进行抑制。但是在实际应用中，由于进入两脉冲的脉冲干扰的来源和途径具有差异性，因而脉冲干扰在相位和幅值上的差别也是非常大的，因而采用的单一的方法是无法对所有脉冲干扰进行抑制的，可以采用超声波来进行识别提高识别的精确性。 随机干扰出现的相位、次数和量值具有很大的不确定性，并且非常容易出现相位错乱与局部放电相混合的现象，但是这种脉冲具有一个特点就是次数和零值与相位相当。在检测的时候直接对相位进行检测就可以起到很好的检测效果。 3.4 检测阻抗引起的干扰分析 在对换流变压器现场局部放电进行试验的过程中由于施加在变压器套管上的电压会很高，如果流经局部放电检测的阻抗电流较小就容易产生超过其本身的电流，在这种情况下就会引起检测阻抗的磁饱和，因此在测量电压时要检测阻抗内的磁饱和会产生谐波的影响。相关的试验证明这种谐波的幅值与所选用的检测阻抗的通流强度有关，如果系统选用的检测阻抗具有较大的调节上限，那么系统中能够通过的电流能力就强，产生谐波的可能性就越小。如果局部放电检测回路的灵敏可测性降低，那么检测就必须根据局部放电试验的具体情况来做相应的调整。 现场试验的时候应该根据试验回路的等效调节电容来选用测量阻抗，从而对局部放电信号进行排除，可以提高系统的抗干扰水平。如果测量回路的相关系数一经确定，测量回路的谐振电容就可以通过相应的公式来计算。根据所计算出来的电容公式来对系统的电感和电流
柔性直流输电 一、常规直流输电技术 1. 常规直流输电系统换流站的主要设备。常规直流输电系统换流站的主要设备一般包括：三相桥式电路、整流变压器、交流滤波器、直流平波电抗器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用电系统)等。 2. 常规直流输电技术的优点。 1）直流输送容量大，输送的电压高，最高已达到800kV，输送的电流大，最大电流已达到4 500A；所用单个晶闸管的耐受电压高，电流大。 2）光触发晶闸管直流输电，抗干扰性好。大电网之间通过直流输电互联（背靠背方式），换流阀损耗较小，输电运行的稳定性和可靠性高。 3）常规直流输电技术可将环流器进行闭锁，以消除直流侧电流故障。 3. 常规直流电路技术的缺点。常规直流输电由于采用大功率晶闸管，主要有如下缺点。 1）只能工作在有源逆变状态，不能接入无源系统。 2）对交流系统的强度较为敏感，一旦交流系统发生干扰，容易换相失败。 3）无功消耗大。输出电压、输出电流谐波含量高，需要安装滤波装置来消除谐波。 二、柔性直流输电技术
1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大），不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比
±1100kV直流换流变压器 一、产品简介 ±1100kV特高压直流输电技术是一个全新的电压等级，也是目前世界输电技术的最高点，而且新疆电网已经以750kV交流电压等级和西北电网联网，若实现交直流并行输电，网侧电压将采用750kV，阀侧电压将达到±1100kV。此产品将依托国家电网公司准东送出±1100 kV 特高压直流输电工程开发研制。 ±1100kV直流系统拟采用每极双十二脉动换流器“550kV＋550kV”串联的接线方案，如图1所示。额定直流电流:4750A。考虑投入备用冷却设备后、在当地最高环境温度下，直流系统的最大电流达到5000A。主回路考虑直流系统双极运行方式，1100kV直流额定输送功率 10450MW。 图1 “550kV＋550kV”换流器接线方案 换流变压器电气接线与每个12 脉动阀组相连的有6台换流变压器，图1中的“换流变HY”和“换流变LY”各3台，换流变压器的阀
侧绕组采用星形连接，“换流变HD”和“换流变LD”各3台，阀侧绕组采用三角形连接。从高压端到低压端换流变压器阀侧绕组连接方式依次为星形接线－三角形接线－星形接线－三角形接线。 二、技术介绍 （一）产品技术特点 1、节能、环保、高效。 目前，我国电力电压等级最高的直流输电项目为±800kV特高压直流输变电工程，但新疆能源基地距离中东部用电负荷中心超过2400公里，若采用±800kV特高压直流输电技术，电力外送损耗可能超过10%，因此，±1100kV直流输电技术，是我国实现远距离大容量输电的重大战略举措，更加节能、环保、高效。 2、传输容量大，建设成本降低。 ±1100kV直流输电与±800kV直流输电、两个±500kV直流输电比较： 1）输送容量大幅提升。 2）占地面积小。 3）输电线路造价低, 输电用电缆与±800kV相近，比±800kV总体输送容量高，比两个±500kV输电线路造价少一半。 3、结构环保 ±1100kV直流换流变压器产品采用全密封结构，变压器油无渗漏的特点，对环境无污染，符合国家环保政策的要求。 （二）技术难点及解决方案 1、±1100kV换流变压器运输 ±1100kV换流变按两种运输方式考虑： 1) 线圈等组部件分散运输到现场，在换流站附件建设组装厂房，现场组装换流变压器。 2）“水路+公路”运输方式，长度13.0m、宽度5.2m、高度5.2m、最大运输重量480吨。
换流阀本体安装（工艺编号：010*******） 1、工艺标准： （1）检查阀厅土建及其辅助设施安装调试已结束，阀厅内环境符合设计及产品技术要求。1）屋面施工完毕，不得渗漏； 2）室内地面施工完毕；门窗安装完毕，封闭良好；电缆沟入口和墙体上的预留孔应临时封闭良好； 3）悬吊阀塔的承重架的开孔尺寸、定位轴线等符合设计要求，接地可靠； 4）预埋件及预留孔符合设计要求，预埋件牢固； 5）高层廊道的走道板、防护网、栏杆、平台及梯子等齐全牢固；室内电缆桥、支架安装完毕，接地可靠。 6）阀厅内工业电视安装完毕，投入使用； 7）阀厅内的地面、墙面、屋面清洁完毕； 8）阀厅的通风及空调系统复合设计要求和产品的技术规定； 9）阀控室的防静电地板安装完毕 10）室内装饰装修工程全部结束。 （2）阀塔悬吊瓷瓶或悬挂绝缘子安装垂直度、水平度符合国网企标及产品技术要求。（3）按图纸尺寸调整检修平台距顶部框架之间的距离，并用水平尺校对检修平台水平度小于2mm。 （4）阀层组件的安装次序和力矩值等符合国网企标及产品技术要求力矩要求： 尺寸 M8 M10 M12 M16力矩（Nm） 22.5 45 79 191 （5）光缆、光纤的安装符合图纸要求，敷设时牵引力、弯曲半径、固定方式皆须按照要求进行，光纤槽需无任何毛刺，里面应有固定光纤的安装孔。最小允许弯曲半径为50mm。每个晶闸管阀的顶部和底部各有两个密封袋。电阻至少25GΩ。 （6）所有的钻孔和光纤槽的切割必须在安装光缆之前完成，边缘要去毛倒刺。 2、施工要点： （1）安装环境检查，检查阀厅内消防、闭路电视、照明、动力、通风空调系统安装调试结束，并已投入使用。 （2）顶部PVDF 水管组件安装，用电动葫芦吊装阀塔顶部PVDF 主水管组件，在吊装过程中注意控制吊装速度，将其固定于阀厅钢梁上。调整花篮丝扣长度，使绝缘子距钢梁距离满足图纸尺寸。 （3）阀塔顶部框架及屏蔽罩吊装，将顶部框架在地面先组装后测量框架对角距离满足尺寸要求。将顶部屏蔽罩固定于顶部框架上，按力矩要求紧固牢靠。吊装前框架内部采用方木将其顶紧，防止吊装过程中框架变形，通过电动葫芦整体起吊顶部框架，并将其固定于悬吊绝缘子上。用扳手调节在支柱上的有丝扣接头的轴套，直至水平误差小于2mm，用锁紧螺帽锁紧。 （4）阀组件及电抗器吊装。将阀组件起吊至与顶层组件铝支架同等高度，随后将组件推入铝支架内，并固定在铝支架内；装好一层两个半层阀并调整找平后，再装下一层。连接铝排安装时，应对连接铝排接触面用酒精、百洁布和毛刷进行清洁处理，均匀的涂抹导热膏在接触表面，将连接铝排固定于阀组件与电抗器之间。 （5）阀塔金属主水管安装时应注意将金属主水管清洁干净，避免水管内部有杂质、碎屑现象。将金属主水管固定于阀塔避雷器侧及非避雷器侧。阀组件与电抗器间PVDF 水管安装时应将均压电极固定于PVDF 主水管上，在安装时须安装O 型密封圈，将PVDF 小水管固定于阀
编号：AQ-JS-02392 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 超高压直流系统中的换流变压 器保护 Converter transformer protection in UHVDC System
超高压直流系统中的换流变压器保 护 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 引言 超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点[1]包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。 换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在最优的状
态等。 换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。 1换流变压器的特点以及对保护带来的影响 1.1短路阻抗 直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。 1.2直流偏磁 当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使
柔性直流输电 一、柔性直流输电技术 1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大），不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 二、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比 1. 换流器阀所用器件的对比。 1）常规直流输电采用大功率晶闸管，由于晶闸管是非可控关断器件，这使得在常规直流输电系统中只能控制晶闸管换流阀的开通而不能控制其关断，其关断必须借助于交流母线电压的过零，使阀电流减小至阀的维持电流以下才行。 2）柔性直流输电一般采用IGBT阀，由于IGBT是一种可自关断的全控器件，即可以根据门极的控制脉冲将器件开通或关断，不需要换相电流的参与。 2. 换流阀的对比。 1）常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率晶闸管和饱和电抗器，
±800kV特高压换流站换流变高压电气试验 摘要：本文详细介绍了±800kV特高压换流站中换流变的高压电气试验。 关键词：±800kV特高压换流站、换流变、高压电气试验 1引言 向家坝—上海±800kV特高压直流示范工程是“十一五”国家电网规划建设的金沙江一期送电华东直流输电工程，工程的建设符合国家能源战略，是进一步落实国家“西部大开发”战略，实现国家电网西电东送总体规划目标，促进资源优化配置的一项重要举措。也是“十一五”期间扩大川电外送规模，满足华东、华中用电需要的一项工程。向家坝-上海特高压直流示范工程是世界直流输电发展史上的里程碑工程，也是我国特高压输电技术的开创性工程。 ±800kV奉贤换流站工程换流部分采用双极、每极两个十二脉动换流器串联接线，电压配置为“400kV＋400kV”，双极共安装24台工作换流变（4个换流器单元，每极高、低端各1组），4台备用换流变（每极高、低端各备用1台），共28台。每极安装Yo-Y-12接线及Yo- -11接线的换流变各2组，每组换流变均由3台容量为297.1MVA的单相油浸式双绕组换流变压器组成，换流变压器采用BOX-IN的封闭安装形式，阀侧套管直接插入阀厅。 2换流变主要高压电气试验项目及方法 2.1 绕组连同套管的直流电阻测量 2.1.1 试验仪器：变压器直流电阻测试仪，测试电流40A。 2.1.2 试验接线： 2.1.3 试验步骤： 被测绕组 a. 检查试验接线。 变压器直流电阻测试仪 测试直流电阻接线图
b. 测量高压绕组在各分接位置的直流电阻。 c. 测量低压绕组直流电阻。 d. 记录数据同时记录变压器的上层油温。 2.1.4 数据分析： a. 相间的最大不平衡率小于2%。 b. 换算到同一温度下，与出厂值比较相应变化小于2%。 c. 最大不平衡率计算公式：（%）=（Rmax-Rmin）/Rave。 d. 温度换算公式：R1=(235+t1)R2/(235+t2) 2.1.5 安全注意事项： a. 测试导线应有足够的截面； b. 测量过程中不得操作变压器的分接开关； c. 测量时应认真记录绕组温度； d. 更换试验接线时，一定要先断开试验电源； e. 变压器本体及高、低压侧出线上禁止有人工作。 2.2 检查所有分接头的电压比 2.2.1 试验仪器：数字式变压器变比测试仪。 2.2.2 试验接线： 将变压器高低压绕组对应接入变比电桥的相应接线端子。 2.2.3 试验步骤： a. 检查试验接线。 b. 按变比测试仪的使用说明书正确操作。 c. 测量各分接位置的变比误差。 2.2.4 数据分析： 实测变比与制造厂铭牌数据相比无明显差别，且应符合电压比的规律；电压比的允许误差在额定分接头位置时为±5% 。 2.2.5 安全注意事项： a. 变压器高、低压侧测试线不能接反； b. 变压器变比测试仪应接地； c. 更换试验接线时，一定要先断开试验电源；
290 换流阀运行试验合成回路设计 赵中原1，方太勋1，董云龙1，叶 周1，周会高 2 (1．南京南瑞继保电气有限公司，南京 211100；2．西安高压电器研究所，西安 10077) 摘要：随着晶闸管高压大容量化，使用传统的背靠背试验回路很难进行相关运行试验项目。借鉴高压大容量断路器电流引入法合成试验回路和以往研究成果，本文设计了合成试验回路参数和脉冲时序。通过分析各晶闸管电压、电流应力，以及电抗器电流和电容器电压波形，正确再现了运行中施加在HVDC 晶闸管阀上的电压和电流负荷。 关键词：HVDC ；晶闸管阀；合成试验回路；运行试验 中图分类号：TM721.1; 文献标识码：A 0 引言 传统上，晶闸管阀的运行试验由一对背靠背试验装置（直接试验回路）提供电流和电压负荷，但现代晶闸管容量大幅度增加，使得直接试验回路的试验容量也成比例增加。如果使用直流试验额定值为8kV 、2kA 的晶闸管，则背靠背试验回路就需要100MV A 的容量。 CIGRE 研究指出：试验中，一个阀组件至少有5个串连的晶闸管才被认为有充分的试验代表性，此 规程已写入IEC700和IEEE857[1-2] 。若按此规程进行试验，直接试验回路的容量是相当惊人的。 ABB 的大容量合成回路基于电流引入方式，该回路在满足IEC 标准要求的同时，也能满足客户的特殊规范要求。合成试验回路中电压和电流是由两个电源供给，为产生需要的电应力电压和电流，辅助阀将试验阀在不同的时间间隔交替地与两个电源相连接，为减小从一个电源切换到另一个电源的影响，尤其是从电流源到电压源的转变，这两个电源在换向期间同时向试验阀提供试验电流，要获得这样的试验条件，电压源必须类似于断路器的合成试验（电流引入法）在电流源的电流零点之前引入。电流引入法合成试验必须遵循两点：被试品在电流零点时处在单电源回路；电流趋零前的变化率必须与运行条件下一致。 本文在合成试验回路原理基础上，介绍了该合成试验回路的设计、运行原理。以周期性触发和熄灭试验为例，分析了相关试验过程和现象，显示了该试验方法的实用性。 1 合成试验回路原理 换流阀合成试验回路如图1所示。合成试验回路包括两个部分：电压回路（高电压小电流）提供正反向闭锁电压、触发关断时的d i /d t /、触发时杂散电容的放电电流和关断时的反向恢复电流；电流回路（大电流低电压）提供导通时的正向电流和故障电流试验时的电涌电流。 利用6脉冲的背靠背桥式回路，实施故障电流试验的两个反向并联联接阀，两个辅助组件以及两个试验组件被安装在一吊装结构上。两个试验组件作为背靠背6脉冲阀整流阀的其中一臂触发后，导通一运行条件下的电流。在换流电流零点前，电压源通过辅助阀 D a3的触发接入 回
第一章换流变结构 一、换流变概述 通常，我们把用于直流输电的主变压器称为换流变压器。它在交流电网与直流线路之间起连接和协调作用，将电能由交流系统传输到直流系统或由直流系统传输到交流系统。换流变压器是超高压直流输电工程中至关重要的关键设备，是交、直流输电系统中换流、逆变两端接口的核心设备。 直流输电系统的接线方式有多种，目前常见的接线方式如图1-1所示。 图1-1 两个六脉冲换流桥构成一个单极十二脉动接线，这两个六脉冲换流桥分别由Yy与Yd联结的换流变压器供电。两个单极叠加在一起构成一个双极。每极所用的换流变压器可以由下述方式实现，两台三相双绕组变压器（一个Yy联结，一个Yd联结）或三台单相三绕
组变压器（一个网侧绕组和两个阀侧绕组，一个Y接，一个D接）或六台单相双绕组变压器（三个Yy 单相，三个Yd单相）。由建设规模的大小及直流电压等级可以确定换流变压器的大致型式。选择不同的型式主要受运输尺寸的限制，其次是考虑备用变容量的大小，当然，备用变容量越小越经济。 当直流输送容量较大时可采用每级两组基本换流单元的接线方式，此种接线方式有串联和并联两种方式。如目前在建的±800kv项目即采用了串联方式，其基本接线原理见图2。 800（HY） 600（HD） 400（L Y） 200（LD） 图1-2
图1-3 单相双绕组换流变压器外形 图1-4 单相三绕组换流变压器外形
图1-5 云广±800kV项目高端（800kV）换流变压器外形 二、绕组的常见类型 换流变中的绕组按照其连接的系统不同，通常可分为连接交流系统的网绕组及调压绕组；连接换流阀的阀绕组。绕组的排列方式通常有以下两种：铁心柱→阀绕组→网绕组→调压绕组；铁心柱→调压绕组→网绕组→阀绕组。 1.网绕组 目前，我公司的网绕组主要采用轴向纠结加连续式结构。与传统的纠结或内屏连续式不同，轴向纠结采用特殊的阶梯导线绕制n个双饼构成n/2个纠结单元。纠结绕制和换位示意见下图。
特高压直流输电换流阀短路保护原理及特性研究 摘要：随着特高压直流输电(UHVDC)技术的发展，直流输电已经成为了远距离大 容量输电的主要模式，直流输电已得到了越来越广泛的应用。在大电网时代，直 流输电不仅成为交流输电的一种有力补充，而且成为了电力系统中最具有重要经 济和技术意义的环节之一，成为了国内电力科研工作者研究的重要方向。换流器 是高压直流输电系统中最为关键、复杂且昂贵的元件，其故障形式和机理、保护 配置和原理与交流系统有着很大的不同。 关键词：特高压；直流输电；换流阀；短路保护；原理；分析 1导言 特高压直流输电系统以其更远的输送距离，更大的输送功率，更大区域的非 同步互联，更低的功率损耗，灵活的功率调节，更低的线路造价等优势而被越来 越多的应用在电力传输领域。特高压直流输电换流阀的本体，作为关键设备，其 运行稳定性、安全性、可靠性是通过设计、制造、安装、调试的全过程质量控制 才能得以实现的。特高压直流输电换流阀的安装过程，是换流阀从图纸和零部件 完成到实体阀的最后关键阶段，需要对整个安装过程中影响特高压换流阀性能的 关键节点进行合理控制，才能彻底保证特高压换流阀的优良品质，实现更好的长 期稳定运行。 2阀短路保护(VSCP)检测原理 为了保护换流阀免受由于换流变压器压器直流侧短路造成的过应力破坏，特 高压直流输电系统中均设置了阀短路保护;该保护主要通过测量换流变压器压器阀侧电流(IVY，IVD)和直流极母线电流(IDC1/2P)和中性线电流(IDC1/2N)，并计算出最大的换流变压器压器电流和最大的直流电流，正常运行时这2个值是平衡的。当 换流变压器压器阀侧电流幅值高于直流电流则可作为阀短路或其他相间短路的判据，在交流侧电流过大时，换流器被立即跳闸。 3特高压直流输电换流阀 特高压直流输电工程通常采用双极十二脉动换流器单元系统，电压等级在 ±800kV及以上，电流可以从4000A到最高6250A。该特高压双极直流输电系统包括2个完整的可独立输电的单极直流系统，即极1直流系统和极2直流系统。每 个完整的单极系统包含2个单极换流器单元，分别安装在整流换流站和逆变换流站。每个换流站内的单极换流器单元由2个12脉动阀组串联组成。一个阀厅仅 包含一个12脉动阀组。因此每个换流站共分四个独立阀厅，即极1高压阀厅、 极1低压阀厅、极2高压阀厅、极2低压阀厅。锡盟站换流阀设备由西安西电电 力系统有限公司自主制造，换流阀采用空气绝缘、水冷却的户内悬吊式双重阀结构。每个阀厅换流阀阀组由6个双重阀阀塔组成。根据电流流向不同，双重阀阀 塔分为2种结构，即电流上结构和电流下结构。阀侧星形接法的3相双重阀阀塔 是其中一种结构，阀侧三角形接法的3相双重阀阀塔是另一种结构。每个阀厅换 流阀阀组通过冷却水管、管母金具、光纤分别与换流阀冷却系统、换流变压器、 换流阀控制单元对应连接。在换流阀整体设计中，综合考虑了各种相关的复杂因素，如过电压与绝缘配合、阀电子电路单元抗电磁干扰、主回路电气件合理布局 和散热、换流阀的防火和抗震等要求、机械性能和电气性能要求、安装维护便捷 要求等，按特定装配工艺，将换流阀的各个组成部件通过标准化作业组装在一起，具有安装快捷，维护方便的特点，有效保证了换流阀和整个直流输电系统的稳定性、可靠性及安全性。
换流变压器
精品文档 一、换流变压器 1、定义： 换流变压器(Converter Transformer) 接在换流桥与交流系统之间的电力变压器。采用换流变压器实现换流桥与交流母线的连接，并为换流桥提供一个中性点不接地的三相换相电压。换流变压器与换流桥是构成换流单元的主体。 2、换流变压器在直流输电系统中的作用： （1）、传送电力；（2）、把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压；（3）、利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提供两组幅值相等、相位相差30°(基波电角度)的三相对称的换相电压以实现十二脉动换流；（4）、将直流部分与交流系统相互绝缘隔离，以免交流系统中性点接地和直流部分中性点接地造成直接短接，使得换相无法进行；（5）、换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用；（6）、对沿着交流线路侵入到换流站的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。 3、换流变压器的特点及要求： （1）漏抗 以往由于晶闸管的额定电流和过负荷能力有限，为了限制阀臂短路和直流母线短路的故障电流，换流变压器的漏抗一般比普通电力变压器的大，一般为15－20%, 有些工程甚至超过20%。随着晶闸管的额定电流及其承受浪涌电流能力的提高，换流变压器的漏抗可按对应的容量和绝缘水平合理选择，阻抗相应降低，通常为12－18%，因此，设备主参数、绝缘水平、换流器无功消耗及能耗等都可相应降低，同时，换流器的运行性能也有所改进。 为减少非特征谐波，换流变压器的三相漏抗平衡度要求比普通电力变压器高，通常漏抗公差不大于2%。如果运输条件允许，工程多采用单相三绕组换流变压器结构，进一步减少十二脉动换流单元中换流变压器六个阻抗值的差别。（2）绝缘 换流变压器阀侧绕组和套管是在交流和直流电压共同作用之下工作的，由于油、纸两种绝缘材质的电导系数与介电系数之比差别很大，油纸复合绝缘中直流场强按电导系数分布，交流场强则按介电系数分布。当直流电压极性迅速变化时，会使油隙绝缘受到很大的电应力。在套管与底座的连接部分，由于绝缘结构复杂，这一问题最为严重。越接近直流两极的阀侧绕组对地电压越高，在设计时必然增大绕组端部与铁芯轭部的距离，使绕组端部的辐向漏磁和局部损耗增加，因谐波漏磁而引起的损耗则增加更多。作为阀侧绕组外绝缘的套管，其爬电距离要考虑到直流电压的分量，为了避免雨天时在直流电压作用下，由于不均匀湿闪而造成的闪络故障，一般阀侧套管均伸入阀厅。干式合成套管已得到实际应用。为了抗震，套管法兰盘处一般装有振动阻尼装置。（3）谐波 换流变压器漏磁的谐波分量会使变压器的杂散损耗增大，有时可能使某些金属部件和油箱产生局部过热现象。在有较强漏磁通过的部件要用非磁性材料或采用磁屏蔽措施。谐波磁通所引起的磁致伸缩噪声处于听觉较为灵敏的频带，必要时要采取更有效的隔音措施。（4）直流偏磁 换流器触发时刻的间隔不等，交流母线正序二次谐波电压和与直流线路并行的交流线路的感应作用等将在换流变压器阀侧绕组电流中产生直流分量；接地极入地电流引起的地电位变化会在交流侧绕组电流中产生直流分量，二者共 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
南京工程学院 远距离输电技术概论 班级：输电112 学号： 206110618 姓名：钱中华 2014年12月10日
目录 0.引言 (3) 1.研究与应用现状 (3) 2.原理 (4) 3.特点 (5) 4.关键技术 (6) 5.发展趋势 (7) 6.小结 (9)
柔性直流输电技术 0.引言 随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，国家将大力开发和利用可再生清洁能源，优化能源结构。然而，随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网显得很不经济。同时海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷，目前采用昂贵的本地发电装置，既不经济，又污染环境。另外，城市用电负荷的快速增加，需要不断扩充电网的容量，但鉴于城市人口膨胀和城区合理规划，一方面要求利用有限的线路走廊输送更多的电能，另一方面要求大量的配电网转入地下。因此，迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电方式解决以上问题。 柔性直流输电技术即电压源换流器输电技术(VSC HVDC)采用可关断电力电子器件和PWM 技术，是一种新型直流输电技术，它能弥补传统直流输电的部分缺陷，其发展十分迅速。为了进一步推动柔性直流输电技术在我国的研究和应用，本文结合ABB 公司几个典型应用工程， 详细介绍了柔性直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势，并就我国的实际情况讨论了柔性直流输电在我国多个领域，尤其是风电场的应用前景。 1.研究与应用现状 自1954 年世界上第一个直流输电工程（瑞典本土至GotIand 岛的20MW、100kV 海底直流电缆输电）投入商业化运行至今，直流输电系统的换流元件经历了从汞弧阀到晶闸管阀的变革。然而由于晶闸管阀关断不可控，目前广泛应用的基于PCC的传统直流输电技术有以下固有缺陷：1只能工作在有源逆变状态，且受端系统必须有足够大的短路容量，否则容易发生换相失败；2换流器产生的谐波次数低、谐波干扰大；3换流器需吸收大量的无功功率，需要大量的滤波和无功补偿装置；4换流站占地面积大、投资大。因此，基于PCC的常规直流输电技术主要用于远距离大容量输电、海底电缆输电和交流电网的互联等领域。 其先研究主要发展有一下几项基本技术： 1.高压大容量电压源变流器技术 模块化多电平变流器可以有效降低交流电压变化率，其拓扑结构如图 1 所示。桥臂中的每个子模块可以独立控制，每相上、下两个桥臂的电压和等于直流母线电压。交流电压通过控制每相中两个桥臂的子模块旁路比例来叠加实现，桥臂中的子模块越多，交流电压的谐波越小。与两电平变流器相比，由于不需要每一相上的所有器件在较高频率下同时动作，模块化多电平大大降低了器件的开关损耗。