换流站的知识.doc

与常规直流输电比较，其优点更突出： （1）没有直流线路，直流侧损耗小； （2）直流侧可选择低压大电流运行方式，以降低换流变压器、换流阀等有关设备的绝缘水平，降低造价；（3）直流侧谐波可全部控制在阀厅内，不会产生对通信设备的干扰； （4）换流站不需要接地极，无需直流滤波器、直流避雷器、直流开关场、直流载波等直流设备，因而比常规的高压直流输电节省投资。换流站主要设备换流站的主要设备有：换流阀、换流变压器、控制调节系统、保护系统、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、避雷器等。 由换流变压器和换流阀组成的换流装置是换流站的核心。换流阀有早期的汞弧换流阀和近代的晶闸管换流阀。50年代末以来，可控硅技术的迅速发展，使单个元件容量增大，可靠性提高，价格逐步降低、无逆弧故障，维护检修方便，占地面积小。70年代晶闸管换流阀已经代替汞弧阀。 换流站的控制调节和保护系统实现下列功能：停、送直流功率，控制电力潮流的方向，调节潮流的数量和其他电气参量，处理和限制换流阀非正常运行和交、直流系统干扰所造成的影响，保护换流站的设备，以及监测换流站的各种参量。换流站及直流输电系统的运行性能和安全可靠程度与控制调节系统的性能和可靠程度密切相关，对整个电力系统的运行也有重要的影响。所以换流站的控制调节和保护系统是换流站的智能部分，其发展趋向是采用微机技术。平波电抗器平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。 平波电抗器与直流滤波器一起构成高压直流换流站直流侧的直流谐波滤波回路。平波电抗器一般串接在每个极换流器的直流输出端与直流线路之间,是高压直流换流站的重要设备之一。电抗器能在电路中起到阻抗的作用的东西，我们叫它电抗器。 电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求， 常在出线断路器处串联电抗器， 增大短路阻抗， 限制短路电流。 平波电抗器平波电抗器和直流滤波器一起构成直流T型谐波滤波网，减小交流脉动分量并滤除部分谐波，减少直流线路沿线对通信的干扰和避免谐波使调节不稳定。 平波电抗器还能防止由直流线路产生的陡波冲击进入阀厅，使换流阀免遭过电压的损坏。 当逆变器发生某些故障时，可避免引起继发的换相失败。可减小因交流电压下降引起逆变器换相失败的机率。当直流线路短路时，在整流侧调节配合下，限制短路电流的峰值。 电感值并不是越大越好，因为电感的增大对直流输电系统的自动调节特性有影响。 在直流输电系统中，当直流电流发生间断时，会产生较高过电压，对绝缘不利，使控制不稳定。 平波电抗器通过限制由快速电压变化所引起的电流变化率来防止直流电流的间断，从而降低换流器的换相失败率。 1） 按型式分类:（1）油浸式平波电抗器（2）干式平波电抗器 2） 按结构分类:（1）空心带磁屏蔽平波电抗器（2）有气隙铁芯平波电抗器 油浸式平波电抗器的结构与变压器相似，主要由线圈、铁芯和油箱、套管、冷却系统等部件组成。 油浸式平波电抗器因构造上有铁芯，其负荷电流与磁性成非线性关系。 干式平波电抗器主要由线圈、支架、绝缘支柱、均压环、底座等组成。线圈由多层同心压缩铝线包组成，每层线包均浇注环氧树脂绝缘，层间垫有隔条，用于保证层间绝缘和散热。每层线圈通过垂直紧固件固定牢靠，以确保线圈震动时不变形。由于干式平波电抗器无铁芯，负荷电流与磁性成线性关系。 油浸式平波电抗器优点：油浸式平波电抗器由于有铁芯，因此要增加单台电感量较容易；油浸式平波电抗器的油纸绝缘系统很成熟，运行也很可靠；油浸式平波电抗器安装在地面上，因此重心低，抗震性能好；油浸式平波电抗器采用干式套管穿入阀厅，取代了水平穿墙套管，解决了水平穿墙套管的不均匀湿闪问题；油浸式平波电抗器的垂直套管也采用干式套管，使其发生污闪的概率降低。 干式平波电抗器优点：对地绝缘简单。干式平波电抗器的绝缘主要由支柱绝缘子提供，提高了主绝缘的可靠性。无油，消除了火灾危害和环境影响。干式平抗无油绝缘系统，因而没有火灾危险和环境影响，在阀厅和户外之间也不需要装设防护墙。潮流翻转时无临界质场强。高压直流翻转需要改变电压极性，会应捕获电荷的原因在油纸复合绝缘系统中产生临界场强；但对于干式平波电抗器来说，改变电压极性仅在支柱绝缘子上产生应力，没有临界场强的限制，这样干式平波电抗器的支柱绝缘子与其他母线支柱绝缘子的特性相似。 负荷电流与磁链成线性关系。由于干式平波电抗器没有铁芯，因而在故障情况下不会出现磁链饱和现象，在任何情况下都保持同样的电感值。暂态过电压较低。因干式平波电抗器对地电容较低，所以对平抗的冲击绝缘水平要求也较低。可听噪声低。质量轻，易于运输和处理。运行、维护费用低。干式平波电抗器基本上是免维护的。 油浸式平波电抗器缺点：内部绝缘复杂。主要靠油纸绝缘，容易着火并引起火灾。噪声较大。重量较大，运输较为困难。运行、维护费用较高。 干式平波电抗器缺点：重心较高，防震性能较差。占地面积较多。内部无铁芯，要增加单台电感量和提高过负荷能力较困难。本身不带穿墙套管，与换流器之间需要安装穿墙套管，增大了穿墙套管湿闪、污闪的概率；对环境污秽较敏感。对发热点和红外测温较为困难。由于干式平波电抗器外部装有噪声罩，对其内部线圈发热点测量较为困难、误差较大。换流阀的介绍换流阀是直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制， 其价值约占换流站成套设备总价的2225%。换流阀的设计应用了电力电子技术、光控转换技术、高压技术、控制技术和均压技术、冷却技术、高压用绝缘材料的最新技术和研究成果，主要的技术难点在于：换流阀暂态仿真模型的建立；换流阀高电位整体屏蔽和屏蔽性能的研究；换流阀绝缘配合、局部放电水平的控制与抑制技术；换流阀关键器件的开发研制；换流阀阀冷却、光电转换技术、控制和均压技术的集成；换流阀型式试验方法的研究。 换流阀的组成换流阀由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件，它决定了换流阀的通流能力（目前国内已研制出6英寸晶闸管，额定通流能力4000安培），通过将多个晶闸管元件串联可得到希望的系统电压。晶闸管的触发方式分为电触发和光触发，ABB和西门子、阿艾法分别是其中的代表。 国外换流阀生产厂家主要是ABB和西门子、阿艾法。目前换流阀的生产能力是：许继集团拥有三家换流阀的生产能力、西安西电电力整流器有限责任公司拥有ABB的换流阀生产能力。许继集团作为国内换流阀首要生产企业，从20世纪八十年代开始，参与了中国已建成和正在建设的全部十三个直流输电工程的技术引进和设备制造工作，换流阀电压等级从50千伏800千伏，包括电触发晶闸管换流阀和光触发晶闸管换流阀，产品性能达到目前国际先进水平。 换流阀晶闸管的水冷散热器换流阀的核心部件晶闸管所需的水冷散热器，既要给晶闸管散热，又要充当结构件承压，还需导电，和终身的质保，其严格的质量要求使得这种水冷散热器成为了电力电子行业内水冷散热器的顶级产品。中国电科院世界首个800kV/4750A特高压直流换流阀自主研发中使用的水冷散热器由武汉热诺金属生产。换流变压器换流变压器(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。换流变压器换流变压器在直流输电系统中的作用有：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。 技术特点与要求由于换流变压器的运行与换流器换相造成的非线性密切相关，它在漏抗、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和要求。 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1520%, 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1218%，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，现在的工程多采用如图1所示的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。 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，如图2 所示。在这种电压作用下，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。 (a) 接线 (b) 波形 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。目前，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。 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。 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，二者共同使换流变压器产生直流偏磁现象。使在铁芯的BH曲线上的运行工作点绕行轨迹偏离对称状态，部分进入一侧的饱和段，励磁电流分量出现一个半波的尖峰波形，使变压器的损耗、温升以及50Hz的噪声(正常时基波噪声频率为100Hz)都有明显增加，应在换流变压器设计中充分考虑。 有载调压换流变压器应具有较多的有载调压开关，利用调压开关可使直流输电系统经常运行在接近最佳状态，换流器触发角运行在适当的范围内，以兼顾到运行的安全性和经济性。分接开关的调压范围一般为2030%，每档调节量为1%2%，以达到分接开关调节和换流桥触发控制联合工作，做到既无明显的调节死区，又可避免频繁往返动作。 试验换流变压器除了与普通电力变压器一样，需要进行例行试验、型式试验、交接试验之外，还需进行直流电压试验、直流电压局部放电试验、直流电压极性反转试验等。(见换流变压器试验) 容量和型式的选择 换流变压器的额定容量可按下式进行初步选择，即 S=1.047 Pd Pd=1.35 U2Id 式中S为换流变压器三相总容量；Pd为额定直流功率；Id为额定直流电流；U2为阀侧绕组额定线电压。对于每极采用一个十二脉动换流器的双极换流站，换流变压器理论上有四种可供选择的型式： À采用两台三相三绕组变压器，Yo/y/d接线，备用一台，适用于小型换流站；Á采用四台三相双绕组变压器，Yo/y和Yo/d接线的各两台，备用各一台，适用于中等容量的直流工程；Â较大容量的工程，往往由于变压器运输条件的限制，而采用6台单相三绕组变压器，型式完全一样，全部为Yo/y/d接线，备用只要一台，但占地面积较大；Ã对于更大容量的换流站，采用12台单相双绕组变压器，Yo/y和Yo/d接线的各6台，备用各一台，占地面积则更大。目前的实际工程中多采用第Â种型式。换流站设置交流滤波器的作用要明白换流站中交流滤波器的作用，我们首先得知道换流站的作用和原理。 换流站是高压直流输电的一种特殊方式，将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内，在同一处完成将换流站交流变直流，再由直流变交流的换流过程，其整流和逆变的结构、交流侧的设施与高压直流输电完全一样，具有常规高压直流输电的最基本的优点，可实现异步联网，较好地实现不同交流电压的电网互联。 换流站的主要设备有：换流阀、换流变压器、控制调节系统、保护系统、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、避雷器等。 通过这里，我们就可以明白了。在换流站的交流变直流的环节，是需要