第四部分(换流站)

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可能是由于交流系统电压不对称(等距离触发系统); 这种不平衡: 晶闸管触发回路的触发误差; 同相两个阀触发信号光纤长度的轻微不同。 假定触发延迟角的误差为△α(可正、可负),最严重情况: V5向V1换相提前了△α α i3 i5 i1 i 5 α i1 i6 i2 α i4 α i 6 i2 V1向V3换相滞后了△α V2向V4换相滞后了△α V4向V6换相提前了△α 此时,在阀侧绕组所产生的直流不平衡电流为: ∆ I dc =
一、交流开关场区域

交流开关场区域主要包括: 按主接线要求进行连接的换流站交流侧开关 设备、交流滤波器及无功补偿设备、防止设备免 遭过电压侵害的交流避雷器,为了对交流侧的电 流、电压等电气量进行监测,在这个区域里还装 设有交流测量装置。
二、换流变压器区域

大容量高压直流换流站的换流变压器容量大、台数 多、占地面积较大。
电或者将直流电变换为交流电的转换,并达到电力系统对 安全稳定及电能质量的要求,换流站中应包括的主要设备 或设施有: 换流阀、换流变压器、平波电抗器、 交流开关设备、交流滤波器及交流无功补偿装置、 直流开关设备、直流滤波器、 控制与保护装置以及远程通信系统等。
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高压直流换流站典型构成图



四、直流开关场区域

直流开关场区域主要布置了高压平波电抗器、 直流滤波器、过电压保护装置、直流测量装置 以及用于运行方式切换和故障清除所需的直流 开关装置,如低压直流高速开关(LVHS)、金属 回线转换断路器 (MRTB) 、大地回线转换开关 (GRTS)。
4.2 换流站主接线

直流输电换流站由基本换流单元组成,基本换流单元有6 脉动换流单元和12 脉动换流单元两种类型,每个基本换 流单元主要包括换流变压器、换流阀、交直流滤波器、 控制保护设备、交直流开关设备等。
b、每极2组12脉动换流单元串联; c、每极1组12脉动换流单元并联。
主要考虑的是直流系统一组换流单元故障时 对交流系统的冲击。采用 a ,换流器故障即 � (6)交流系统的要求。 极故障,若极的输送功率大,两端系统比较 弱时,换流器故障对交流系统冲击大。采用 � 在上述诸因素中,单个12脉动换流单元的最大制造容量和换流变压 b、c相对来说冲击小一些,但这并不是确定 器的制造及运输限制往往是确定每极换流器组数的决定性因素,有 每极多少个12脉动换流器的决定因素,因为 不论采用 a 还是 b 、 c ,直流系统单极故障总 时分期建设的要求和资金安排也会影响每极组数的确定。 会发生(只是后两者的概率低而已),交流 �由于每极 1 组 12 脉动换流器的方案具有接线布置简单、可 系统总是要承受单极故障的冲击

重要性:工程能否按期投产、建设进度是否受到影响,换流变的运输是一个 是否关键的因素。

确定运输方案需考虑问题:取决于站址周围交通的情况及今后几年当地交通 发展的情况。

有些方案表面上、客观上可行,但实际操作起来,就不可行,这方面的经验 教训实例太多。

举例说明:例如:三常线宜昌龙泉换流站的2台换流变(铁路——水路—— 公路的大件运输方案);三广线荆州换流站5台换流变(全程公路,后改为 半程公路——水运)。
靠性高、投资省的特点,若制造商具备生产制造能力,且运 输通道不受限制,则应优选采用这种方案。
二、换流变压器与换流阀连接

换流变压器的型式直接影响换流变压器与换流阀的连接 及布置。

由于三相三绕组换流变压器具有接线布置最简单、投资 最省等特点,对于中小型直流输电工程,在条件许可的 前提下,总是优先采用。
1—交流开关装置; 2—交流滤波器和无功补偿装置;3—换流变压器; 4—换流阀; 5—控制与保护装置; 6—平波电抗器; 7—直流开关装置; 8—直流滤波器; 9—电力线载波;10—接地极

换流站的主要设备一般分布在以下区域:
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1、交流开关场区域; 2、换流变压器区域; 3、阀厅控制楼区域; 4、直流开关场区域。
c)直流输电线路周围有交流输电线路时,即使是对称运行 的,各相与直流线路距离不相等,感应出 50Hz 的交流电压 →直流线路流过50Hz的交流电流
???? 换流变绕组中为何流过直流电流?
对于线路上流过直流电流,则阀侧绕组提供的电流为有正有负的对称交流; 而现在线路上流过的是交流,则阀侧绕组提供的电流应该始终为一个方向的电 流,即为直流。!!! 类似于逆变器的工作原理
c
b
n1 m2
V3' V5'
Vd
负 载
V1'
a
ia△
i'1 i'4 ib△ i'3 i'6 ic△ i'5 i'2
V4' V6' V2'
c
b
n2
(a)
(b)
换流器接线图
(a)6脉动换流器;( b)12脉动换流器

每极的换流器接线始终是直流输电工程设计前期需要研究和论证 的课题。

对于现代直流输电工程,论证的焦点集中在每极采用几组12脉动 换流单元,其可能的接线方式通常有三种:
变压器与换流单元组合形式
(f) 两个换流单元并联—单相三绕组变压器 (e) 两个换流单元串联—单相三绕组变压器
选择组合方式的依据
到底采用哪一种? 1)直流输电工程的容量、 2)换流器以及换流变的生产制造能力 以及 3)换流变运输尺寸的限制 来确定。
换流变的运输方案问题

特点:一直是换流站工程建设中的一个难题,它前期调查工作量大、运输措 施费用大、运输时间长、影响面广、地方协调工作量大。
2 3 ia = I d cos(ωt ) − 1 cos(5ωt ) + 1 cos(7ωt ) − 1 cos( 11 ωt ) + 1 cos( 13ωt ) −⋯ 5 7 11 13 π
[
]
I d ' = I d + I ind cos( ω t + φ )
ia中有直流分量
d)换流器交流母线存在正序二次谐波电压,在直 流侧会出现 50Hz 的交流电压分量,从而导致换流 变阀侧电流中出现直流电流分量
(2)换流阀与换流变的接线

换流阀通常布置在阀厅(Valve Hall)内,对双极直流系 统,阀厅中间常常布置有主控室。 由于阀与换流变压器接线组合的差异,换流变压器与阀 厅的布置有不同的形式,归纳起来有三种:
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(1)换流变压器单边插入阀厅布置,可适用于各种接线方式; (2)换流变压器双边插入阀厅布置,可适用于每极两组 12脉动 换流器的情况; (3)换流变压器脱开阀厅布置,可适用于各种接线方式。
高压直流输电技术
High Voltage Direct Current Transmission Technology
西安交通大学高压教研室 汲胜昌 年 12 月 2009 2009年 12月
第四部分
直流输电换流站及 换流变压器
4.1 换流站概述

在高压直流输电系统中,为了完成将交流电变换为直流
H
i
t
t
直流偏磁

② 直流偏磁下变压器铁心的过热、损耗增加、温升增加、引发局 部过热

直流偏磁引起的励磁电流增加 , 对铁心拉板或支撑板的温升影响最大。芯式变压器 铁心的拉板或壳式变压器铁心的支撑板通常是采用磁性材料 , 以获得足够的机械强 度。位于铁心表面的铁心拉板或支撑板 , 与铁心硅钢片的磁场强度相同 , 其厚度比 硅钢片的厚度又厚得多, 大的涡流损耗导致了拉板或支撑板温度升高。
正序二次 谐波电压 阀的开关动作 1)正 序 二 次 谐波电流 阀的开关动作 2)交 流 侧 直流电流 直流侧基频阻抗


思考:
背靠背直流工程中换流变压器直流偏磁的原因?
(3)直流偏磁的危害B正负半波不对称的励磁电 流 , 不仅含有奇次谐波还 含有偶次谐波。 ① 直流偏磁引起半个周 波内的铁心过饱和 , 导致 磁致伸缩加剧 , 振动和噪 声增加。
站址的选择原则
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1)站址附近具备水运、铁运及卸货的条件; 2)靠近公路; 3)避开大型的公路桥梁; 4)避开空中障碍物,如立交桥、隧洞等。
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由设计院来制定大件运输的方案,估算运输的费用。 肇庆换流站(山根站址):2400万元(水运为主) 其它站址:3600万元(要加固多座桥梁;经过乡镇及村庄道路——修路 及排水工作量大,改造费用高;公路运输距离远——超重车辆道路补偿费 用高)
一、 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,(换流器的换相过程实际上就是换流器的相短路过程,两相
短路或三相短路) ,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%。

但是受制造能力及运输尺寸的限制,对于大型直流输电 工程,三相双绕组变压器、单相三绕组变压器以及单相 双绕组变压器也广泛应用。
(1)变压器与换流单元组合形式
(a) 一个换流单元—三相三绕组变压器
(b) 一个换流单元—三相双绕组变压器
变压器与换流单元组合形式
(c) 一个换流单元—单相三绕组变压器
(d) 一个换流单元—单相双绕组变压器
Pd Q= ⋅ sin φ cos φ µ φ =α + 2
∆U = = 3 X π
Vd0 [cos α − cos( α + µ )] 2
C
⋅ Id
二 直流偏磁
B
(1)涵义
B i
i
H
t
H
t
t
t
交流中的铁芯饱和
直流偏磁
(2)直流偏磁的产生原因
a)各阀触发相位的间隔不等(触发角不平衡),使得阀侧绕组 的电流平均值不为零,有直流电流分量。

为了缩短换流变压器阀侧套管与阀厅之间的引线长 度,减少直流侧由于绝缘污秽所引起的闪络事故, 一般要求换流变压器靠近阀厅布置。

保护换流变压器的交流避雷器靠近换流变压器布置。
三、阀厅控制楼区域

阀厅与控制楼大都采用整体建筑结构。阀厅内安 装晶闸管换流阀及其相应的开关设备和过电压保 护设备。 在大多数高压直流换流站中,换流变压器的阀侧 套管都直接插入阀厅,以减少套管的污闪几率。 采用水作为冷却介质的晶闸管换流阀还安装了冷 却水管路。 阀厅的防火措施也值得重视。
4∆α ⋅ Id 360 °
△α一般在0.2°~0.25°之间,即:△Idc在0.0022~0.0028Id之间。
b)双极变单极运行时,地电位不为零
I2/3 I2/3 I2/3
I2 R1 U(r1)
I2 R2 U(r2)
在换流站或附近的变电站中性点直流电流的大小的影响因素包括: 1)与接地极的距离; 2)接地极周围的大地电阻率; 3)换流站及变电所的电位升高; 4)交流电网的构成及参数 等多方面的因素。

缺点:

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4.3 换流变压器 .1 换流变压器功能与特点 4.3 4.3.1

换流器所用的电力变压器简称换流变,它和普
通的电力变压器结构基本相同,但由于换流变压 器的运行与换流器的换相所造成的非线性密切相 关,所以换流变压器在漏抗、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 有着不同的特点。

本节主要介绍:
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1、换流器的接线; 2、换流变压器与换流器的连接方式; 3、交流滤波器的接入系统方式; 4、直流开关场的接线; 5、换流站特殊的接线方式。
A C B
V1 V3
m1
V5
Id
a
ia Y
i1 i4 ib Y i3 i6 ic Y i5 i2
V4 V6 V2
一、换流阀组接线
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a、每极1组12脉动换流单元; b、每极2组12脉动换流单元串联; c、每极2组12脉动换流单元并联。
a、每极1组12脉动换流单元
b、每极2组12脉动换流单元串联
c、每极2组12脉动换流单元并联
每极采用几组12脉动换流单元主要与以下因素有关:
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(1)单个12脉动换流单元的最大制造容量; (2)换流变压器的制造及运输限制; a、每极1组12脉动换流单元; (3)分期建设的考虑; (4)可靠性及可用率; (5)投资考虑;

换流变压器阀侧套管插入阀厅的布置

优点:

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(1)可利用阀厅内良好的运行环境来减小换流变压器阀侧套 管的爬距; (2)可防止换流变压器阀侧套管的不均匀湿闪; (3)可省掉从换流变压器到阀厅电气引线的单独穿墙套管。 (1)阀厅面积显著增大,增加了阀厅及其附属设施的造价及 年运行费用; (2)增加了换流变压器的制造难度; (3)换流变压器的运行维护条件较差; (4)换流变压器的备用相更换不方便。
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