高压直流输电换流阀性能分析研究

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高压直流输电换流阀晶闸管控制单元原理分析

摘要：高压直流输电中的换流阀和Ｓ中ＴＲ或ＴＣ阀体，是由晶闸管级串联组成的。每个晶闸管级由直流均压电路、流ＶＣＣＳ都交均压电路、晶闸管控制单元和晶闸管组成，中晶闸管控制单元是核心。本文首先指出高压串硅堆中晶闸管控制单元所必须具有其联的几个基本功能；然后以大量的实际应用为基础，深入剖析了晶闸管控制单元的功能和原理，最后指出了该装置在研制ｅｈｏｏｉｓａｄＰｏｕｔｈｎｗＴｃｎｌｇｅｎｒｄｃｓ
工业技术
高压直流输电换流阀品闸管控制单元原理分析
陈兴旺梁帅奇胡宗亚
（、１河南省汝州市电业公司，河南汝州４７０２深圳迈瑞医疗电子股份有限公司３国网电科院继电保护研究所，６５０、、江苏南京２００）１０３
注意的一些事项。
关键词：ｖＣＵ，ＴＣＵ，ＶＣ，ＳＴＣＲ，Ｃ，流阀ＴＳ换中图分类号：Ｍ８文献标识码：Ｔ９Ｂ
为了耐受更高的电压，高压直流输电的换流阀都是由晶闸管级串联产生触发脉冲，而此时当阀体中其它晶闸管级导通时，便也会在该晶闸管组成的；例如贵广直流输电工程中，采用西门子的光控阀，每个换流阀体两端瞬间产生一个高电压；这时，如果不能在该电压达到击穿门槛电压前包含了７个晶闸管级；南直流工程中采用的是原ＢＣ的电控阀，８葛Ｂ每个迅速触发晶闸管，晶闸管就会被击穿而损坏。ＴＵ中的保护性触发电该Ｃ换流阀体则包含了１０晶闸管级。ＳＣＳｔａＣｍｅｓｔ）ＴＲ路正是实现了这样的功能。２个Ｖ（ａｃＶｒｏｐｎａｒＣｔｉｏ中（ｙｉｏｏｔｌｄＲａｔ）Ｓ（ｙｉｏＳｉｈｄＣｐｃｏ体，ＴｒｔＣｎｏｅｅｃｒ￣ＴＣＦｒｔｗｔｅａａｉｒｈｓｒｒｌｏ＂Ｓｈｓｒｃｔ）如下图２所示为ＴＵ过压保护电路示意图。它的基本原理是：Ｃ随着也根据补偿的电压等级和选用晶闸管的耐压等级，由不同数量的晶闸管晶闸管两端电压的升高，电阻Ｒ上的电压越大；８另外，ＴＵ内部通过在Ｃ级串联组成。如下所示为三广直流工程换流阀中晶闸管级电气连接的示模拟电路搭建一个基准电压，Ｒ上的电压大于该基准电压时，产生当８就意图同的阀体可能稍有区别）。每个晶闸管级一般都包括以下几个部触发脉冲触发晶闸管，同时回报过压保护Ｉ脉冲。通过调节Ｒ的阻值，Ｐ８分：直流均压电路（示的Ｒ图６和Ｒ）Ｔ、交流均压电路（示的可以调节ＴＵ的过压保护门槛值，图Ｃ以适应不同耐压等级的晶闸管。Ｒ／３Ｃ／２、闸管控制单元ＴＵＦｙｉｏＣｎｏｅｎ）晶闸管１／１）ＲＣ晶ＣｆｒｔｏｔｌｄＵｉｈｓｒｒｌｔ和Ｔ（ｈｒｔ）中ＶＵｉｏ－ｈｙｓｒＴｉｏ。其ＣＷａｅＣｎｖｔｌｄＵｉ阀控单元，它负责向ｒｌｎｔｏｅ）为Ｒ１ＴＵ发送光触发信号Ｆ（ｒｕｓ，ＣＰｉＰｌ）ＦｅｅＣ’ 接收ＴＵ的光回报信号Ｉ（ｄｅｔｎＣＰｎｉｉ１ａｏＰｌ）ｕｅｓ。Ｃ２个晶闸管级中晶闸管控制单元是核心，它具有以下几项基本功Ｒ３能：收触发命令触发晶闸管，闸接晶管过压保护，向恢复期间的ｄ／ｔ反ｖｄ保护，监视晶闸管状态旺常、坏或损过压保护）回送相应的光脉冲信号并，／ｋ２ＴＵ侏｝Ｉ路ｃ过，Ｕ惑ｔ３Ｃ４Ｉｌ＇ｉ［护ＴＵＬ；ｌ，．ＩｏＰ下面就以我们在ＳＣ和直流融冰Ｖ跚感等项目中大量使用的ＴＵ为例，Ｃ分析５反向恢复保护。、晶闸管在由导通到关断的发向恢复期间，由于阻断图１Ｔ外部接线图ＣＵ它的工作原理。特胜尚未完全恢复，时如果在其两端出现过高的ｄ／ｔ此ｖ扰动，损坏ｄ就会１取能。Ｃ、ＴＵ的取能部分会通过上图的Ｓｕｂｒｉｕ和Ｃ、５ｎｂｅＣｒｉｃｔ３Ｒ得晶闸管。ＣＴＵ的反向恢复保护功能就是在反向恢复期间探测ｄ／的变化ｖｔｄ到约２Ｖ和１Ｖ两种电源。通过调节阻容回路的参数，２１可确保ｃ、５中率，ｄ／扰动超过门槛值时便产生触发脉冲触发晶闸管导通，而保３Ｒ当ｖｔｄ从流过电流的相位提前晶闸管两端的电压９度，０电路的取能在晶闸管两端护晶闸管。图３如所示为ＴＵ反向恢复保护电路示意图，Ｃ它基本原理是：的电压还处在负半周的上升阶段时就已经开始；因此，当晶闸管两端电压阀体解锁后，ＴＵ监测到晶闸管两端的电压由导通到熄弧，当Ｃ即其两端为正时ＴＵ就储备了足够的能量，内部电路正常工作。Ｃ确保的电压由零变为负时，便启动时间窗口发生回路，这个时间窗口的宽度可２回报光脉冲Ｉ信号。共有两种情况可产生Ｉ，、ＰＰ第一种情况是当晶根据晶闸管本身的特『要求进行调整，为ｌｓ生一般ｍ以内。如果ｄ／ｔｖ监测ｄ闸管两端电压达到约２Ｖ时，Ｃ４ＴＵ向ＶＵ发送Ｉ脉冲，ＣＰ表明晶闸管级已回路在这个时间窗口内监测到晶闸管两端的电压变化率大于门槛值（这满足触发条件，告诉ＶＵ可以发触发脉冲ＦＣ，Ｐ了；的，Ｃ相应ＶＵ只有在接个门槛值也可根据晶闸管的｝『进行调整）争生，就会产生一个触发脉冲触发收到ＩＰ脉冲后，才允许向ＴＵ发送ＦＣＰ触发信号；另一种隋况是当ＴＵ晶闸管。Ｃ监测到晶闸管两端的电压达到了预先设定的过压保护门槛值时（如６总结与展望。上述以我们实际研制的ＴＵ为例，了它的基本、Ｃ分析６０Ｖ，自动发出触发脉冲触发晶闸管，８０）便使晶闸管免于击穿而损坏，同工作机理。该ＴＵ装置已经大量应用于ＳＣ项目、ＣＶ直流融冰项目和高压时在此刻也向ＶＵ发出Ｉ光脉冲，表明晶闸管处于保护性触发的异常直流输电换流阀运行试验合成回路中。多年来的运行情况表明，ＴＵＣＰ该Ｃ状态；ＣＶＵ内部的可编程逻辑期间ＦＧＰＡ通过这两种ＩＰ信号发生时刻的装置陛能可靠稳定。不同来区别某Ｉ信号是电压建立Ｉ还是过压保护触发Ｉ。ＰＰＰ另外，当某一需要指出的是，ＣＴＵ属于高电位装置，环境恶劣。工作因此，研制过程个晶闸管损坏时，ＴＵ无法发出Ｉ则ＣＰ信号，ＣＶＵ会据此判断该晶闸管已中，在满足功能的前提下，抗干扰实验的验证是十分重要的，它直接决定经损坏；ＣＶＵ程序会设置一个报警级别：如损坏２时报警，于２时了整个高压阀体能否正常工作。个大个我们除了对该装置单独进行严格的ＥＣＭ跳闸。实验外；实际搭建了高压阀体，还按照相应的规范对整个阀体也进行严格３正常触发。一般晴况下，、当阀体解锁后，ＣＴＵ会在每个周波都收到的型式试验；个过程发现并解决了大量的问题。这这也是装置大量使用且来自ＶＵ的光触发信号，Ｃ通过光电转换、放大等产生晶闸管触发所运行稳定的保证。信号需要的电脉冲信号，触发晶闸管。需要说明的时，当晶闸管被触发时如果当前，更大容量的可关断型功率器件如ＩＢ随着ＧＴ的不断开发，型轻由于某种原因没有导通，则这个触发信号会持续加在晶闸管的门极直到高压直流输电和ＳＧＳｔａｅｅｔ）Ｖ（ａｃＶｒＧｎｒｏ￣在快速发展，中ＳＧ有逐ｔｉａｒ其Ｖ它导通或其两端电压变负为止，ＣＴＵ的这一特Ｉ也有效地保护了晶闸管。渐取代ＳＣ的趋势。它们的高压阀体是由可关断器件串联而成的，生Ｖ造价４保护性触发。阀体在正常的运行过程中，、会经常发生的陡坡冲击、更为昂贵；于每个可关断型器件也有— 个控制单元，为门级驱动对应被称局部��

直流输电系统换流阀运行模式分析

直流输电系统换流阀运行模式分析摘要：换流阀是直流输电工程的核心设备，其作用是将三相交流电压转换到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制,价值约占换流站成套设备总价的22～25%。

换流的过程最终是通过晶闸管实现的，本文通过说明贵广直流换流阀的结构和元件功能，以及从触发至关断的运行过程，分析了阀在运行过程中可能存在无回检信号动作、BOD保护动作、触发脉冲丢失等情况，对生产现场分析和处理各类光纤损坏、光发射板、换流阀换相失败等故障，具有一定的指导意义。

关键词：换流阀预检模式运行模式0 引言换流阀是换流站的核心部分，是实现交流/直流转换的设备，在直流输电系统中起着至关重要的作用。

换流阀的基本组成单位为可控硅级（TL）。

可控硅级（TL）由可控硅阀片、可控硅电压监测板（TVM）、与阀片并联的RC阻尼回路以及安装在TVM板内与阀片并联的直流均压电阻组成；13个可控硅级和2个阀电抗器串联后再与一个均压电容器并联组成一个阀层（VS）；两个阀层组成一个可控硅模件；三个可控硅模件组成一个阀（valve）；四个阀串联构成一个四重阀塔（MVU）；每极阀厅内的十二脉动换流器由三个四重阀塔组成。

1 晶闸管级结构和功能介绍每个晶闸管级组成部分如下：——晶闸管；——晶闸管电压监测（TVM），阀控制系统的一部分；——用于晶闸管冷却的散热器；——和晶闸管并联的阻尼电路，由电容和电阻串联组成；另外用于直流均压的电阻，安装在TVM板上，见下图。

每个可控硅阀片均配有一块TVM板。

TVM板确保一个换流阀中所有的串联可控硅上直流电压分配的一致性，同时监视可控硅两端的电压，达到以下目的：（1) 检查可控硅的关断容量；(2) 检测可控硅是否能导通（正向电压）；(3) 检测流过可控硅电流的结束点；（4) 检测可控硅能否通过过电压保护回路中的装置导通。

TVM的原理框图如下：1. 直流均压电阻2. AC分压器3. 储能电容4. 正向门槛电压探测5. 高压探测（BOD动作）6. 负电压建立探测7. 脉冲发生器R：阻尼电阻 th:直接光控晶闸管c: 阻尼电容TVM板与阻尼回路并联，但不与阻尼回路进行分流，同时其自身也不包含任何完整的逻辑电路设备，不会受到电磁干扰。

高压直流输电换流阀冷却系统泄漏保护分析

７１５０３）Ｊ１１６３１．ｏ
ＡｓｒｃＡａａｅｐｏｅｔｎｍｅｈｄｏｉｈｖｌｇｙｉｏｏｖｒｒａｖｏｌｇｓｓｍｕｒａｄｉｉｐｐｒｂｔａｔｌｋｇｒｔｃｏｔｏｆｇｏｔｅｔｒｔｒｃｎｅｔｌｅｃｏｉｙｔｉｐｔｏｗｒｔｓａｅ，ｅｉｈａｈｓｅｖｎｅｓｆｎｈ
监测膨胀罐液位３变化速率；０ｓ ④监测膨胀罐液位
２４ｈ变化量。
对冷却水温度进行强制补偿。为适应大功率电力电
子设备在高电压条件下的使用要求，将漏电流限制在一定的水平，冷却介质必须具备极低的电导率。
因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理回路。预设定流量的一部分冷却介质流经离子交换
ＬＮＧｎｑａＷＵｉｎｈｏＷＡＥＭｉｇｕｎＪｃａａＮＧｉｇＪｎ
（Ｑ埘ｔ
Ｇｏｎｎｒｏｅｍ／ｅｈＣ．．Ｅｅｏｓｔｉｅａｃｓｔｅ￣ａ／ｄＥｅｙＣｍｒｔｎＴｃ．ｏ，ａｇｏｎｒＣｎｅｖｏＲｓｒｈＩｔｕｙｇｒｚｎｅｎｉｔ
ｅｎｈｅｔａｉｗｏｕｇｍｎｒｌｄｆｍｅｐｎｉｔｃｏｆｏｌｇｍｄｍ，ｗｃｒｃｖｍａｗｌｉｃｎａｏｒｇｊｄｅｅｔｅｕｅｏｘａｓｎａｄｃｎａｔｎｏｃｏｎｅｉｉｖｄｎｓｔｒｏｎｏｒｉｉｕｉｓｍｔｌｏｈｈｉｉｕｔｅｔ
１冷却系统工艺流程
器，不断净化管路中可能析出的离子，然后通过膨胀罐，与主循环回路冷却介质在高压循环泵前合流。与离子交换器连接的补液装置和与膨胀罐连接的氮气恒压系统保持系统管路中冷却介质的充满及隔绝空气。

高压直流输电系统换流阀热损耗与冷却介质关系探讨

２０１３年第３６卷第２期
Ｖｏ１．３６Ｎｏ．２
广西电力
ＧＵＡＮＧＸＩＥＩＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ
５９
高压直流输电系统换流阀热损耗与冷却介质关系探讨
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＴｇＭｅｄｉｕｍ
ｏｆＣｏｎｖｅｒｔｅｒＶａｌｖｅｉｎＨＶＤＣＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
卢世才，刘蕊
ＬＵＳｈｉ－ｅａｉ，ＬＩＵＲｕｉ
（１．中国南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州
５６２４００，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕｉｚｈｏｕＰｏｌｉｃｅＯｆｆｉｃｅｒＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５０００１，Ｃｈｉｎａ）
ｉｎｑｕａｎｔｉｔｙ，ａｎｄａｍｅｔｈｏｄｏｆｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｃｌｃａｕｌａｔｉｎｇｃｏｎｖｅｔｒｅｒｖａｌｖｅｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎａｎｄｊｕｄｇｉｎｇｔｈｅｋｅｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｓｒｏｆ
关键词：换流阀；热损耗；冷却介质；运行参数

高压直流输电换流器吸收无功的研究

摘要高压直流输电在输电领域中是一个较新且较活跃的领域之一，它在远距离大功率输电及大区域电网并联方面起到了至关重要的作用。

我国目前已有十多项高压直流输电工程投入运行，它们在国家电力网络构架中起到了优化网络的能源配置、保障国家的能源安全、以及促进国民经济的发展方面起到了重要的作用。

本文围绕直流输电工程需要吸收无功做足分析计算及讨论。

在高压直流输电工程中，利用普通晶闸管换流阀对高压直流输电换流站进行换流的，一般情况下采用电网电源的换相技术，但是这种方法的特点是当换流器在运行时需要从电网中吸收大量的无功功率。

为了保证换流站和交流系统的稳定性，我们需要对换流站的无功消耗、无功补偿、及无功平衡进行分析和计算。

本文重点分析研究高压直流输电换流器吸收无功的机理、影响因素以及对换流器进行无功补偿的分析讨论。

在Matlab或PSCAD/EMTDC仿真软件上建立高压直流输电系统的仿真模型，利用所建的仿真模型，仿真计算高压直流输电换流器对无功方面的要求和关系。

并对上述仿真结果进行分析、比较，给出合理解释，并提出高压直流输电无功补偿的合理化建议。

关键词：高压直流输电，无功功率，无功补偿，换流器，仿真建模ABSTRACTIn the field of transmission ,HVDC is a new and active area, it is in long-distance power transmission and large regional grid parallel has played a crucial role.China currently has more than a dozen high-voltage direct current transmission project put into operation, they are in national electricity network architecture optimized energy network configuration, ensuring national energy security, and promoting the development of the national economy plays an important role.This paper focuses on the DC transmission project needs to absorb reactive power to have enough analysis ,discussion and calculation.In HVDC transmission project, the commutation for HVDC converter station with the use of ordinary thyristor valves, for under normal circumstances,using mains power supply commutation technology, but the characteristics of this method is that when the converter at runtime need to absorb a large amount of reactive power from the grid. To ensure the converter station and communication system stability, we need to give converter station reactive power consumption, reactive power compensation, and reactive power balance analysis and calculations.This paper focuses on analysis of HVDC converter absorbs reactive mechanism, influencing factors and the analysis and discussion of reactive power compensation of the converter .In Matlab simulation software to build HVDC system simulation model, using the built simulation model, simulation HVDC converter's requirements and relationships of reactive power .The simulation results were analyzed and compared, given a reasonable explanation, and proposed HVDC reactive power compensation rationalization proposals.KEY WORDS: HVDC，Reactive power，converter，reactive power compensation，Simulation and Modeling目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章前言........................................................ 错误！未定义书签。

特高压直流输电换流阀短路保护原理及特性研究

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。

直流输电换流器比较及分析HVDC

直流输电换流器比较及分析HVDC直流工程换流器比较及分析高压直流(HVDC)输电以其在长距离大容量输电、海底电缆输电和非同步联网等领域的独特优势而得到了广泛应用。

换流器是高压直流输电的核心设备，它是影响HVDC系统性能、运行方式、设备成本以及运行损耗等的关键因素。

一、换流器概述换流器是实现交直流电相互转换的设备，当其工作在整流(或逆变)状态时，又称为整流器(或逆变器)换流器容量巨大、可控性强，对可靠性的要求很高。

传统晶闸管换流器容量很大，但投资大、谐波严重。

电压源换流器能弥补传统晶闸管换流器的部分缺点，其发展十分迅速。

较典型换流器有传统晶闸管换流器、每极2组12脉动换流器、电容换相换流器以及电压源换流器等。

长距离大容量高压直流输电仍然适合采用传统晶闸管换流器;电压源换流器在HVDC中有广泛的应用前景，是未来高压直流输电技术的重要发展方向。

二、换流器的分类换流器以实现功率变换的关键器件划分，可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，如IGBT、IGCT)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（LCC）和器件换相换流器(DCC)。

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(CSC)和电压源换流器(VSC)。

电流源换流器的直流侧通过串联大电感而近似维持直流电流恒定，电压源换流器的直流侧通过并联大电容而保持直流电压近似不变。

电压源换流器依据其拓扑结构进一步分为两电平和模块化多电平换流器（MMC）等结构。

针对晶闸管换流器，还可根据换流器基本单元结构的不同而分为三种:每极1组12脉动换流器(简称12脉动换流器)，每极2组12脉动换流器串联式换流器和每极2组12脉动换流器并联式换流器。

其中，12脉动换流器是常规高压直流输电的典型换流器，每极2组12脉动换流器则适用于特高压直流(HVDC)输电。

高压直流换流阀饱和电抗器基本原理研究

1; ;饱和电抗器原理及特点
1.1;饱和电抗器理
高压直流输电换流阀在高压直流输电过程中保证直流交换，主要包括饱和电抗器、晶闸管和阻尼电容等多元器件，而饱和电抗器是直流输电换流阀的核心部件。从电抗器的构造来看，其构造和变压器的构造有很多相同的地方，主要构造是铁芯和线圈，结构相对简单。其工作特性符合铁磁质磁化曲线和非特性曲线，工作过程中会在电抗器内部形成完整磁通路，主要部件包括C型铁芯、线圈、散热器、端子构成，而鐵芯的主要组成部分是薄硅钢片。图1为电抗器实物及简化示意。
1.2;饱和电抗器的作用及特点
换流阀饱和电抗器在使用过程中，需要和硅碓串联使用，电流应力的大小和晶闸管的相同，主要起保护晶闸管的作用，而且能够限制晶闸管开通时的电流上升率。
换流阀使用饱和电抗器之后，能够提高换流阀的通流能力，加快换流阀的冷却速度，所以在冷却方式上通常采用直接冷却的方式。所以，要进行饱和电抗器的设计，还需要综合换流阀的整体技术路线。
从伏安特性曲线来看，在交流电压有效值保持在特定的范围内，饱和电抗器具有良好的线性控制特性。
2.2;输入输出特性
结合电抗器的工作原理来看，要保证饱和电抗器的正常工作，就需要保证电抗器的电感极限变化保持在特定的范围内，铁磁材料的磁导率是非线性的，所以饱和电抗器电感值的特性也是非线性变化。当铁磁材料的磁导率达到了磁饱和时，电抗器的输入和输出特性开始接近线性。横轴是励磁电流值，纵轴是电抗标幺值和输出工作电流标幺值。一旦励磁电源接入，会使直流绕组励磁电流逐渐增大，电抗器输入、输出特性表示的就是电感器电抗值和输出工作电流的曲线。并且随着电流的逐渐增加，会使电抗器的铁芯逐渐趋于饱和状态。同时，工作绕组的电抗值不断变小，电流逐渐变大。当励磁电超增达到SA之后，输出电流的上升变化不再明显，开始逐渐趋向于稳定，这时电抗器处于深度饱和状态。

高压直流输电换流阀阳极电抗器冷却水管运行分析及防渗漏措施

高压直流输电换流阀阳极电抗器冷却水管运行分析及防渗漏措施摘要：高压直流输电换流阀设备通常采用水冷方式冷却，阀塔阳极电抗器运行中振动大，水管接头数量多，是高压换流阀水冷系统的薄弱环节。

阳极电抗器冷却水管渗漏而引起的直流强迫停运事件屡有发生，对电网安全、稳定运行产生了较大影响。

为了降低阳极电抗器冷却水路系统渗漏发生的概率，本文对某运行了14年的换流站阳极电抗器冷却水管运行和老化情况进行分析，并提出了相应的防渗漏措施，对高压直流工程换流阀阳极电抗器冷却水路的设计、运维、检修具有一定参考价值。

关键词：换流阀；阳极电抗器；冷却水管；渗漏1 引言特高压直流输电在解决电网兼容、异步电网、远距离输电和电力电缆传输中取得了广泛应用，直流输电在我国电网构成中，特别是在“西电东送”“北电南送”和“五纵五横”的电网建设中发挥了巨大的作用[１]。

本文研究的换流站运行已达14年，发生过2起因阳极电抗器冷却水管漏水导致的直流闭锁和多次水管漏水异常。

因此，分析阳极电抗器冷却水管运行情况，研究防渗漏措施对提高换流阀设备的运行可靠性有着重要作用。

本文针对换流阀阳极电抗器冷却水管渗漏的原因、运行情况、水管及接头老化情况和防渗漏措施等几方面展开研究，以确保阳极电抗器乃至整个直流输电系统安全可靠运行。

图1 阳极电抗器分支冷却小水管接头2 阳极电抗器冷却水管运行情况密封圈密封不仅结构简单、安装方便，而且密封可靠，广泛用于换流阀水路冷却系统密封[2]。

阳极电抗器冷却水路接头与本体装配采用密封圈密封，运行中未发生过渗漏水。

接头与水管的装配采用卡口密封，其结构如图1所示，由于管径较小，安装力矩仅1.0Nm，安装工艺控制困难，历年来的渗漏水均发生在该位置。

此外，在部分水管接头需要进行90度转弯的位置，在图1的部件1和部件3之间，连接了一个如图2所示的转弯接头，形成了一个组合接头。

转弯接头的连接方式与小水管相同，都是卡口密封结构。

图2 阳极电抗器冷却水管组合接头每台阳极电抗器上有小水管10根，分支冷却小水管接头20个，其中组合接头9个。

换流阀

第二章宁东山东±660kV直流输电工程换流阀技术特点研究1±660千伏直流换流阀关键零部件技术研究1.1晶闸管及其压装组件由于HVDC换流阀包含一定数量的串联晶闸管，为了方便，可以在电气和机械上都将一个阀看作是由若干个阀组件组成的。

阀组件通常由5/6个晶闸管级和一个饱和电抗器串联，电抗器可以在阀开通时保护阀不承受过高的di/dt。

阀组件内的晶闸管都固定在高效的液体冷却散热器之间，组成一个“压装结构”，通过GRP（玻璃增强塑料）绷带的紧固，使晶闸管和散热器之间产生很大的压紧力，保证了元件间良好的电气和热接触。

绷带具有足够的绝缘强度，能承受阀关断期间的电压应力。

压装结构允许在不断开任何电气和水路连接的情况下方便地更换晶闸管。

图2-1所示为具有6个晶闸管级的压装结构。

图2-1晶闸管压装结构1.2阻尼及均压电路阀作为一个整体，它的电压耐受能力总是小于每个串联晶闸管的电压耐受能力之和。

这是由串联晶闸管之间的断态漏电流和关断时存储电荷的差异引起的。

因此，当一个阀中有两个或者更多晶闸管串联的时候，必须考虑阀内的电压分布问题。

每个晶闸管级有两个并联的RC电路用于正常运行工况下的均压。

电路中元件的电感和布线需经过精心考虑，以保证在阀承受频率很高的陡波头冲击电压时阻尼电路都能连续提供有效的均压。

主RC阻尼电路也用于控制晶闸管开通和关断期间的暂态电压电流应力，此外它们还为每个晶闸管级的门极单元提供电源。

阻尼均压电路中还包括一个直流均压电阻，可以在阀承受单一的直流电压时提供均压作用，也用于门极单元对晶闸管电压的测量。

1.2.1阻尼电阻阻尼电阻是由几个无感厚膜电阻组成的，安装在每个晶闸管级中一个单独的散热器上（如图4-1所示）。

均压电路两个支路的电阻都安装在散热器上。

为了使电阻底座承受的绝缘应力最小，散热器与其中一条电阻支路的电气中点连接。

图4-1 阻尼电阻和散热器组件1.2.2阻尼电容阻尼电容采用自愈式金属化聚丙烯材料、干式无油结构，将故障引发火灾的风险降到最低。

云广特高压直流输电工程换流阀过负荷能力分析与计算

云广特高压直流输电工程换流阀过负荷能力分析与计算胡永银;李兴源;李宽;杨光源【摘要】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。

%Yunnan-Guangdong ±800 kV DC transmission project is the first UHVDC transmission project in the world. The DC power transmission system must supply emergency power when the load increases or AC system malfunctions at the receiving end. It requires the DC power system to overload operating to increase its transmission capacity. This paper mainly studies the overload capability of the converter valve. It proposes a theory of calculating the overload capability based on the junction temperature and cooling capability of the valve cooling system. Moreover, with the specific data, it calculates and analyzes the overload capability of converter valve in Chuxiong-Suidong DC transmission project. The result indicates that this arithmetic can get the accurate overload capability of converter valve, which can provide reference and guidance to the design and operation of the practical HVDC transmission project.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2014(000)023【总页数】5页(P102-106)【关键词】特高压直流输电;换流阀;过负荷能力;结温;冷却系统【作者】胡永银;李兴源;李宽;杨光源【作者单位】四川大学电气信息学院，四川成都610065;四川大学电气信息学院，四川成都 610065;四川大学电气信息学院，四川成都 610065;中国南方电网超高压输电公司检修试验中心，广东广州 510663【正文语种】中文【中图分类】TM72特定条件下，高压直流(High Voltage Direct Current，HVDC)输电系统的优点超过了交流输电系统。

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，防止在高电压环境下产生漏电流，冷却介质必须具备极低的电导率，因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理回路，预设一定流量的部分冷却介质流经离子交换器，不断净化管路中可能析出的离子，与主循环回路冷却介质在高压循环泵前合流。

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。

绍兴特高压换流站换流阀调试方案的研究

绍兴特高压换流站换流阀调试方案的研究绍兴特高压换流站采用了一种低压加压的试验方法。

本文首先介绍了绍兴换流站换流器的工作原，进而分析12脉动换流阀的运行方式。

其次，针对换流阀的现场调试试验，系统地阐述了低压加压试验中所用的电流、电压以及电阻选择依据，并明确了低压加压试验步骤与临时系统采样接线方法。

最后，实验表明：该系统调试方法简单，且有效地检查了换流器各桥臂的触发角与触发脉冲之间的对应关系以及系统二次回路的正确性。

标签：特高压；换流站；换流阀；低压加压实验1 引言直流输电技术不仅可实现点对点、远距离、大功率地将电能输送至用电负荷中心；而且，其控制操作方式灵活多变，可快速改变送电断与受电端的运行方式，改变电网潮流方向，避免大量过网潮流[1]；还具有电能损耗小，经济效益高等优点；已广泛的应用于特高压输电系统中[2]。

换流阀低压加压实验，作为换流阀高压充电前的重要系统调试实验，可有效检查Y/Y与Y/Δ换流变压器接线、换流变压器电压相序与末屏分压器电压指示、换流阀触发的同步电压与控制电压、以及换流阀触发控制程序是否正确[3]。

换流阀加压实验客观地反映出系统设备的连接情况，对系统联调也是重要依据。

针对换流阀充电运行前进行的系统调试方面，虽然国内做了一些工作，但针对换流阀加压系统调试的方案理论依据与具体实施都未有明确[4-6]。

此次采用一种换流阀低压加压的试验方案应用至绍兴特高压换流站，换流站交流场出线电压为500kV，经过母线分别于直流场六台换流变压器相连，构成一个单极[7]。

直流场采用双极运行方式，其每极可分为高端阀组与低端阀组，每个阀组由12脉动串联阀组成，可通过旁路断路器实现对阀组的投运与退出[8-9]。

本文首先分析了绍兴换流阀系统回路的结构原理，建立阀组12脉动模型，计算出实验方案中负载阻值、电源容量与阀组输出直流电压，并给出实验测试方案与具体步骤。

结果表明：该实验方案简单、可行、有效。

2换流器试验原理2.1换流器运行方式12脉动换流器结构图如图1所示。

高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析

【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。

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。

特高压直流输电技术的分析与探究

特高压直流输电技术的分析与探究摘要：二十一世纪以来，特高压直流输电在电力系统中一直扮演着重要的角色，在工业上有着广泛的应用，输电技术可以在一定程度上决定输电效率的高低，直接关系到电力企业的经济效益。

本文分析了特高压直流输电技术，对其应用进行探讨，以提高特高压直流输电技术的应用水平。

关键词：特高压；直流输电技术；应用引言目前，世界上主要的技术和电气设备转让国已经在利用它们来有效地解决诸如远离电网等问题。

直流电传动原理是，先通过变流机整流，然后倒置，最后再送入交流网。

与交流输电技术相比，直流输电有以下优点：设备面积经济，传输损耗减少，传输方式具有一定弹性。

因此，目前全世界的电力系统已被大规模用于传输直流电，目前正在对主要的高压直流输电技术进行研究，分析未来的趋势，总结设备的使用经验，为了确保我国的高压直流电传输技术不具有创新性和完善性，保证国民经济持续的质量发展。

1.建设特高压直流输电工程的意义随着经济的迅速增长，全世界的能源消费正在增加。

所有这些发达国家都有能力通过提供高功率、高电压和长距离的电力满足其能源需求。

虽然我国的电力供应远远低于对电力的需求，但我国的电力供应不足直接影响到我国经济的迅速发展。

我国的国情要求在今后长期发展基础设施和基本工业。

这需要强大的能量为经济的快速发展提供持久的支持。

在高压直流输电技术中，容量大、传输距离大的优势在于便捷的灵活的管理方式。

这种传输方式对于远距离发电和换料是必不可少的。

在输电过程中，交流电变为直流电，通过高压线转换为最终集成到网络中的下一个过渡站。

与交流输电相比，高压直流输电比较有弹性输电方式，损耗低，传输走廊的小业务和高度的控制。

此外，高压直流传输法还提供了可靠、可靠和稳定的网络运行。

正是由于高压直流传输的好处，世界各国不断研究、运用和发展这一过程。

2.特高压直流输电技术特点在直流输电中，电压电平与交流输电并不完全相同。

特高压直流输电指600kV 以上的电压，其规格包括以下几个方面。

800kv特高压直流输电换流阀关键技术及应用

800kv特高压直流输电换流阀关键技术及应用800kV特高压直流输电换流阀关键技术及应用包括以下几个方面：
1. 特高频PD信号传感技术：这种技术能够创新地实现特高频传感器展频的附加阻抗匹配网络、多层屏蔽谐振、非中心点馈电以及复合结构等关键技术。

这种技术在强电磁环境下可以采集微弱的PD信号，具有超宽频带特性，检测频带范围非常广，中心频率在500MHz至1GHz内可选，并可调节多频谐振点的相对位置以形成抑制窄带干扰频段的阻带。

2. 电磁兼容技术：这种技术主要应用于控制和消除电磁干扰，确保换流阀在复杂的电磁环境中稳定运行。

电磁兼容技术包括控制换流阀的电磁辐射、传导和敏感度，以及抑制电网过电压和雷电冲击等。

3. 阀冷却技术：这种技术主要应用于确保换流阀在高温环境下长期稳定运行。

阀冷却技术包括采用液冷和风冷等多种方式，对换流阀进行散热和降温，同时考虑环保和节能的要求。

4. 监控与保护技术：这种技术主要应用于实时监测换流阀的运行状态，预防潜在的故障。

监控与保护技术包括采用传感器、信号处理和模式识别等技术，对换流阀的电气和机械性能进行实时监测和预警，以及在必要时采取保护措施。

总之，800kV特高压直流输电换流阀关键技术及应用是多学科交叉的领域，涉及电气工程、机械工程、电子工程等多个学科。

这些技术的应用可以提高特高压直流输电的稳定性和可靠性，降低运行成本和维护成本，为电力行业的发展做出贡献。

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: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。

高压直流输电换流阀冷却系统典型问题分析

高压直流输电换流阀冷却系统典型问题分析发布时间：2021-12-07T02:21:28.619Z 来源：《福光技术》2021年19期作者：郑锦欢[导读] 换流阀冷却系统有２台主循环泵互为备用。

天广、高肇直流输电系统均出现过阀冷主泵切换过程中主水回路建压不及时的情况，进而引起换流阀冷却系统的控制保护动作。

国网山西省电力公司检修分公司摘要：以直流输电工程换流站换流阀冷却系统运行情况为根据，介绍了换流阀冷却系统的基本原理及其对直流输电系统的影响。

结合实际分析了换流站阀冷系统运行中出现的一些典型问题并提出了相应处理措施。

关键词：换流站；换流阀；冷却系统；典型问题1系统主泵异常1.1主泵逻辑切换缺陷换流阀冷却系统有２台主循环泵互为备用。

天广、高肇直流输电系统均出现过阀冷主泵切换过程中主水回路建压不及时的情况，进而引起换流阀冷却系统的控制保护动作。

结合多次检修与分析，判断阀冷控制系统主泵运行逻辑存在缺陷，未充分考虑多重切换的情况，即无“切换不成功－回切成功”能力。

在主泵连续切换２次时，由于主泵切换时间较长，内冷水压力下降较多，完好主泵在设置延时内未能建压到设置阈值而被误判为故障。

对此，可对冷却水流量低且进阀压力低切换主泵逻辑进行优化：当出现冷却水流量低且进阀压力低后，若备用泵无故障，则延迟一定时间自动切换到备用泵；若备用泵运行时仍存在冷却水流量低且进阀压力低报警，则经较前次延时更长时间后自动切到运行泵或在人机界面上进行手动确认后立即切泵。

相应的主泵运行逻辑如图1所示。

图1 主环泵切换逻辑1.2主泵漏水问题普侨直流整流站换流阀冷却系统曾发生过在线更换主泵时，由于主泵进、出水阀门中间的管道存在一定量空气，开启阀门时内冷水不断将空气带走并排出，同时膨胀水箱对管道进行补水导致液位降低到定值，控制系统判断换流阀冷却系统泄漏进而直流跳闸。

建议在主泵出水逆止阀下端增设排气阀门以优化主泵底部泄流阀设计，如图2所示，并在各主泵管路高点装设排气阀，以便在不停运换流阀冷却系统时进行主泵检修。

特高压直流输电技术的分析与探究

特高压直流输电技术的分析与探究摘要：特高压直流输电技术较传统输电技术有很大优势，可实现较远距离的电力传输，并且能有效解决成本。

其技术的稳定性和资源的节约性可以为电力企业带来更多效益。

但就目前情况来看，特高压直流输电技术应用中还仍然存在着一些问题有待解决，因此需要电力企业相关从业人员对其进行全方位的分析，并提出合理的对策进行解决，进而保障电力的可持续运输，提高群众的用电质量和用电安全。

关键词：特高压；直流输电技术；技术分析1高压直流输电的意义人类生产出直流电的时间远早于交流电，因此直流电是人类最早系统性利用的电能形式。

时至今日，大家日常所见的手机、电脑、高铁均以直流供电。

在规模化生产直流电的初期，适用于高压直流输电的设备或技术还未成熟，而交流输电技术在远距离传输上损耗低于直流电，所以在很长一段时间内，甚至是现在，交流输电发挥着主导地位。

随着大功率电力电子器件的成熟和相关直流输电技术的进步，高压直流输电技术的优势日渐明显，特别适合处理我国“发电厂与用户距离遥远”的能源需求现状。

我国特高压直流输电是指±800kV及以上的电压，随着近几年我国各地区对输送电容量要求的不断提高，为了使我国电力资源得到合理开发和利用，对特高压直流输电技术的研究正不断深化，现已可以实现超远距离输电这一目标，解决了自然资源和能源分布不均的问题。

直流输电的工作原理是通过换流器将交流电先整流再逆变，输电过程中注重稳定性以及安全性，该技术的应用能够节约设备占地面积、减少输电损耗，满足我国各地区用电逐年递增的使用需求。

2特高压直流输电技术简介2.1特高压直流输电系统结构特高压直流输电系统的核心组成部分之一就是换流站设计与建设。

双极系统接线方式是我国目前主导建设特高压直流输电工程的首选接线方式。

双极双12脉动换流站可以选择包括双极全电压运行和单极半电压运行等多种运行方式。

换流站灵活多变的运行方式可以在换流阀发生故障时最大程度减小损失，保障输电安全平稳运行。

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±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。

图1 换流阀模块设计阀塔设计为双重阀塔结构，每个单阀由2个组件组成，每个组件包含2个阀段，每个阀段由15个6英寸晶闸管、1个均压电容、2个饱和电抗器等组成，具体的单阀设计参数见表2。

表2 单阀主要设计参数名称参数晶闸管串联数n t60冗余数n red 2阻尼电容C sn（μF） 1.6阻尼电阻R sn （Ω）36饱和电抗器数8保护触发电压（kV）420阀塔结构双重阀3换流阀电压耐受能力分析更高的电压也对换流阀提出了更高的要求，换流阀应能够承受正常运行电压以及各种过电压，设计中采用晶闸管串联的方式使换流阀获得足够的电压承受能力。

每个单阀由并联的氧化锌避雷器保护，为了可靠的保护阀，设计中充分考虑了各种冲击条件下沿晶闸管串的电压不均匀分布，同时还考虑了过电压保护水平的分散性以及阀内其它非线性因素对阀的耐压能力的影响。

(1)晶闸管电压应力每个晶闸管级上的RC阻尼回路以及饱和电抗器、冲击均压电容联合实现阀的工频电压与瞬态电压的均压。

系统工频和操作冲击过电压时的电压分布不均匀主要由两方面原因引起，即阻尼回路元件（电阻、电容）的公差和晶闸管反向恢复电荷的差异。

因此，阻尼回路的器件误差、晶闸管参数范围要满足设计允许的公差值。

稳态运行时，晶闸管的重复电压包括换相过冲要低于其允许的重复电压。

晶闸管电压应力计算结果见表3。

表3 晶闸管电压应力晶闸管电压（kV）工况电压计算值规格反向U RRM7.54 8.0 正常换向运行正向U DRM 6.63 8.0反向U RRM 7.96 8.3 交流耐压试验正向U DRM 6.8 8.0 直流耐压试验/ U D 5.79 7反向U RSM8.16 8.3 操作耐受电压正向U DSM8.16（1）8.4反向U RSM7.3 8.3 雷电耐受电压正向U DSM7.3 8.4反向U RSM 6.0 8.3 陡波耐受电压正向U DSM 6.0 8.4 注（1），阀可能会由于正向保护触发而开通。

由表4可以看出，换流阀中的晶闸管在各种工况下的电压应力均低于晶闸管的耐受能力而且有一定的裕量。

(2)单阀电压分布仿真在设计时考虑了换流阀可能受到的各种暂态冲击电压的耐受能力。

在陡前波冲击电压下，冲击均压电容使阀段电压分布线性化。

另外，由于阀饱和电抗器相对晶闸管硅堆有较大的高频阻抗，大部分过电压由饱和电抗器承担。

这样，保证了晶闸管硅堆上的电压应力低于允许的各种冲击应力。

操作冲击、雷电冲击和陡波冲击下换流阀的电压应力如图2~4所示。

其中：Uvalve —阀电压；UThyr —晶闸管硅堆电压；Ureact —饱和电抗器电压。

图2 操作冲击电压分布图由图2可知，阀电压为451.0kV，晶闸管硅堆上承受的电压和阀上基本相同。

图3 雷电冲击电压分布图由图3可知，阀总电压为434.0kV，晶闸管硅堆上最大承受385.6kV电压，电抗器上电压最大值为160.9kV，电抗器承担了一部分阀电压。

图4 陡波冲击电压分布图由图4可知，阀电压为492.0kV，晶闸管硅堆上最大承受288.4kV电压，电抗器上电压最大值为306.5kV，阀电抗器承担了更多的阀电压。

绝缘型式试验对换流阀的耐压能力进行了考核，各项参数符合GB/T 20990.1-2007等标准和设计技术要求。

4换流阀电流耐受能力分析根据系统运行工况，换流阀应具备承担额定电流、过负荷电流及各种暂态冲击电流的能力。

(1)过负荷能力换流阀的过负荷能力主要是根据换流阀的热应力限值设计的，因此它受到环境温度、水冷系统、晶闸管结温和损耗等限制。

根据目前的换流阀元件性能、水冷系统技术水平，在最高进水温度43℃和12脉动阀组最小流量为4200L/min时的换流阀固有过负荷能力如图5所示：图5 换流阀固有过负荷能力(2)短路电流耐受能力换流阀的暂态电流耐受能力主要取决于晶闸管的性能，特别是晶闸管的结温限值。

其次还要考虑当一个单阀中所有晶闸管元件全部短路时，其它两个单阀将向故障阀注入故障电流时，该故障阀内的电抗器和引线应能承受这种过电流产生的电动力。

根据文献[2]，新一代的6英寸晶闸管浪涌电流可以达到80kA，完全满足实际工程中50kA的要求。

运行型式试验已经对换流阀的电流耐受能力进行了考核，各项参数符合GB/T 20990.1-2007等标准和技术条件的要求。

5大角度运行能力分析根据系统条件和系统运行的需要，换流阀应具备一定的大角度运行能力。

在这种方式下，任何时间充分利用晶闸管换流阀的动态特性，在较短的时间内，当具有较高的电压或者较低的电压时都可以大角度运行。

大角度运行产生更大的损耗，主要是晶闸管损耗和阻尼回路的损耗。

理论上阀部件可以在90度控制角运行条件下连续运行，但从设计的经济性考虑，再加上最大允许触发角受到换流站其它设备的限制，对阀的冷却系统来说也提出了更高的运行要求。

因此，换流阀的大角度运行能力受到系统条件、水冷系统能力等的限制。

±800kV/5000A换流阀固有的大角度运行能力如图6所示：图6 换流阀固有大角度运行能力大角度运行能力在运行型式试验中得到了考核，满足GB/T 20990.1-2007等标准和设计技术要求。

6结论±800kV/5000A换流阀是在西电电力系统有限公司自主建立的换流阀设计仿真计算平台下设计的，已经在国家高压电器检测检验中心通过了全部的型式试验，试验结果符合GB/T 20990.1-2007等标准和设计技术要求，取得了以下几点成果：（1）验证了西电电力系统有限公司自主建立的换流阀设计仿真计算平台的正确性。

（2）西电电力系统有限公司完全具备自主设计±800kV/5000A特高压直流换流阀的能力。

换流阀性能满足相关标准和设计技术要求，具备实际工程应用能力。

（3）±800kV/5000A换流阀的研制成功标志着我国特高压直流输电用换流阀的设计、制造和试验能力又向前迈进了一步。

同时也对西电电力系统有限公司±1100kV/5000A换流阀的研制奠定了良好的基础。

参考文献[1]陈锡磊，周浩，王东举，等．g参数修正法用于浙西±800kV阀厅空气净距设计[J]. 高电压技术，2011，37（9）．[2]李侠，等．±800 kV 特高压直流输电用6 英寸大功率晶闸管换流阀[J]. 高压电器，2010，46（6）．[3]GB／T 20990.1-2007高压直流输电晶闸管阀第一部分：电气试验[4]赵婉君，高压直流输电工程技术[M]．中国电力出版社，2004，340-343．[5]刘振亚．特高压直流输电技术研究成果专辑（2008年）[M]. 中国电力出版社，2008.作者简介：马元社（1983），男，硕士，工程师，主要从事高压直流换流阀设计；Email:xaut-mys@.李侠（1967），女，高级工程师，主要从事直流输电和无功功率补偿研究工作。

刘宁（1961），男，高级工程师，主要从事高压直流换流阀设计；娄彦涛（1982），男，工程师，主要从事高压直流输电工程直流换流阀设计和绝缘配合研究；张雷（1984），男，工程师，主要从事高压直流输电工程直流换流阀设计和主回路设。