阳极饱和电抗器

1、阳极饱和电抗器什么是换流阀换流阀是直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交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制，其价值约占换流站成套设备总价的2225%。换流阀由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均换流阀由晶闸管、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，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晶闸管是换流阀的核心部件，它决定了换流阀

2、的通流能力（目前国内已研制出（目前国内已研制出6英寸晶闸管，额定通流能力英寸晶闸管，额定通流能力4000安安培），通过将多个晶闸管元件串联可得到希望的系统电压。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，晶闸管的触发方式分为电触发和光触发，ABB和西门子、和西门子、阿海珐分别是其中的代表。阿海珐分别是其中的代表。什么是换流阀换流阀生产厂家换流阀生产厂家目前换流阀的生产能力是：许继集团拥有目前换流阀的生产能力是：许继集团拥有ABB和西门子、和西门子、阿海珐三家换流阀的生产能力、西安西电电力整流器有限责阿海珐三家换流阀的生产能力、西安西电电力整流器有限责

3、任公司拥有西门子和任公司拥有西门子和ABB的换流阀生产能力。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，从许继集团作为国内换流阀首要生产企业，从20世纪八十世纪八十年代开始，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50千伏千伏1100千伏，包括电触发晶闸管换流阀和光触发千伏，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。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晶闸管的水冷

4、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，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。内水冷散热器的顶级产品。中国电科院世界首个中国电科院世界首个800kV/4750A特高压直流换流阀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。自主研发中使用的水冷散热器由武汉热诺金属生产。许继许继6250A特高压直流输电换流阀特高压直流输电换流

5、阀在国家电网公司科技项目及许继集团重大科研项目等多个项目基金在国家电网公司科技项目及许继集团重大科研项目等多个项目基金支撑下，通过对高压直流输电换流阀设备关键技术的探索、研究，许继支撑下，通过对高压直流输电换流阀设备关键技术的探索、研究，许继集团成功研制出了集团成功研制出了6250A特高压直流输电换流阀设备，全面攻克了特高压直流输电换流阀设备，全面攻克了6250A直流换流阀基础理论、成套设计、关键设备研制、集成技术和试直流换流阀基础理论、成套设计、关键设备研制、集成技术和试验技术，掌握了核心技术，形成自主知识产权，满足我国电力技术及建验技术，掌握了核心技术，形成自主知识产权，满足我国电力技术及

6、建设快速发展的战略需求。设快速发展的战略需求。按照国家电网公司的统一部署，许继集团积极组织科研团队开展技按照国家电网公司的统一部署，许继集团积极组织科研团队开展技术攻关，突破了众多技术难题，历时术攻关，突破了众多技术难题，历时8个月成功研制出世界首个额定电流个月成功研制出世界首个额定电流6250A的特高压直流输电换流阀组件，并于的特高压直流输电换流阀组件，并于2013年年9月率先完成运行试月率先完成运行试验验证。本成果主要技术指标居世界第一：额定电流验验证。本成果主要技术指标居世界第一：额定电流6250A，过负荷电，过负荷电流流6238A，耐受故障电流，耐受故障电流63kA。南瑞继保特高压直流

7、换流阀系统通过技术成果鉴定南瑞继保特高压直流换流阀系统通过技术成果鉴定2015年年8月月15日，中国电机工程学会在常州成功组织召开了南京南瑞继保电日，中国电机工程学会在常州成功组织召开了南京南瑞继保电气有限公司完成的气有限公司完成的“PCS-8600特高压直流换流阀系统特高压直流换流阀系统”技术成果鉴定会。鉴定技术成果鉴定会。鉴定委员会由包括周孝信、李立浧、杨奇逊、邱爱慈、郭剑波、韩英铎、程时杰、薛委员会由包括周孝信、李立浧、杨奇逊、邱爱慈、郭剑波、韩英铎、程时杰、薛禹胜等禹胜等8位院士在内的位院士在内的15位专家组成。位专家组成。鉴定委员会认为：南瑞继保鉴定委员会认为：南瑞继保“PCS-86

8、00特高压直流换流阀系统特高压直流换流阀系统”研究成果研究成果满足特高压直流运行的需求，具有完全自主知识产权，形成了特高压直流换流阀满足特高压直流运行的需求，具有完全自主知识产权，形成了特高压直流换流阀自主研制的成套关键技术，对提高我国特高压直流核心设备的研制水平和成套能自主研制的成套关键技术，对提高我国特高压直流核心设备的研制水平和成套能力起到了推动作用，具有良好的经济、社会效益和推广应用前景，综合技术水平力起到了推动作用，具有良好的经济、社会效益和推广应用前景，综合技术水平达到国际领先，建议尽快工程应用。达到国际领先，建议尽快工程应用。南瑞继保以多年来在高压直流输电和电力电子领域丰厚的技术

9、积累为基础，南瑞继保以多年来在高压直流输电和电力电子领域丰厚的技术积累为基础，以多专业融合的研发能力为保障，集中优势资源在特高压换流阀的设计、研制、以多专业融合的研发能力为保障，集中优势资源在特高压换流阀的设计、研制、试验等方面开展了研究，研制成功了具有自主知识产权的试验等方面开展了研究，研制成功了具有自主知识产权的800kV换流阀、换流阀、5000A/6250A换流阀组件、换流阀控制单元，以及换流阀冷却系统换流阀组件、换流阀控制单元，以及换流阀冷却系统;研发了完备研发了完备的换流阀合成试验回路和绝缘试验系统，具备了特高压直流换流阀研制、生产、的换流阀合成试验回路和绝缘试验系统，具备了特高压直

10、流换流阀研制、生产、试验验证和工程整体实施能力。试验验证和工程整体实施能力。社会经济效益800kV/6250A特高压直流输电工程额定输送容量可达特高压直流输电工程额定输送容量可达10000MW，能够大大提高现有特高直流输电工程的电力输送能力，能够以高效环保能够大大提高现有特高直流输电工程的电力输送能力，能够以高效环保的输电方式，减少输电走廊占地面积、提高输电效率、降低输电成本，的输电方式，减少输电走廊占地面积、提高输电效率、降低输电成本，满足国家大气污染综合治理方案的贯彻执行，并能作为全球能源互联网满足国家大气污染综合治理方案的贯彻执行，并能作为全球能源互联网的有利实践工具，积极响应国家的有利

11、实践工具，积极响应国家“一带一路一带一路”发展战略。发展战略。国家电网国家电网2020年前规划将建设年前规划将建设27回特高压直流输电工程，其中包括回特高压直流输电工程，其中包括锡盟锡盟-泰州和上海庙泰州和上海庙-山东两条特高压山东两条特高压6250A直流工程。此外，国外新兴经直流工程。此外，国外新兴经济发展体俄罗斯、巴西、印度、巴基斯坦等国家也规划了容量可观的特济发展体俄罗斯、巴西、印度、巴基斯坦等国家也规划了容量可观的特高压直流工程，由此可见，高压直流工程，由此可见，6250A特高压直流输电换流阀发展前景十分特高压直流输电换流阀发展前景十分可观。可观。LTT换流阀基本结构LTT换流阀组件结

12、构电容器电容器电抗器电抗器阀段阀段ETT换流阀基本结构及组成元件换流阀基本结构及组成元件ETT阀塔阀塔单元单元1阀厅整流侧与逆变侧共阀厅整流侧与逆变侧共6组阀塔，共计组阀塔，共计1152个晶闸管。个晶闸管。ETT换流阀冷却方式饱和电抗器的工作原理在晶闸管元件开通瞬间电流处于上升初始阶段，饱和电抗器具有很高在晶闸管元件开通瞬间电流处于上升初始阶段，饱和电抗器具有很高的阻抗用以限制电流的上升，而晶闸管元件内一旦建立起足够的载流子后，的阻抗用以限制电流的上升，而晶闸管元件内一旦建立起足够的载流子后，饱和电抗器又呈现出很低的阻抗特性，这有利于降低阀内的电抗值提高换饱和电抗器又呈现出很低的阻抗特性，这有

13、利于降低阀内的电抗值提高换流阀的效率。因此设计的饱和电抗器必须具有非线性饱和铁芯的特性。流阀的效率。因此设计的饱和电抗器必须具有非线性饱和铁芯的特性。 阳极饱和电抗器的作用阳极饱和电抗器产品用于高压直流换流器的换流阀中，其主要作用；阳极饱和电抗器产品用于高压直流换流器的换流阀中，其主要作用；一是用于限制阀内晶闸管元件导通时出现的较高的电流上升率（一是用于限制阀内晶闸管元件导通时出现的较高的电流上升率（di/dt）以及较高的浪涌电流而引发晶闸管元件被烧毁；二是当晶闸管处于关断以及较高的浪涌电流而引发晶闸管元件被烧毁；二是当晶闸管处于关断期间线路出现较高的电压上升率（期间线路出现较高的电压上升率（

14、du/dt），以避免晶闸管元件所承受的），以避免晶闸管元件所承受的浪涌电压而引起的误开通。浪涌电压而引起的误开通。因而阳极饱和电抗器特性的设计要满足在晶闸管开通瞬间，阳极饱因而阳极饱和电抗器特性的设计要满足在晶闸管开通瞬间，阳极饱和电抗器具有很高的阻抗，而晶闸管元件内一旦建立起足够的载流子后，和电抗器具有很高的阻抗，而晶闸管元件内一旦建立起足够的载流子后，阳极饱和电抗器又呈现出很低的阻抗特性，这有利于降低换流阀的工作阳极饱和电抗器又呈现出很低的阻抗特性，这有利于降低换流阀的工作效率。即设计的阳极饱和电抗器必须具有非线性饱和性能。效率。即设计的阳极饱和电抗器必须具有非线性饱和性能。饱和电抗器的产

15、品特点（1）用于高压直流输电换流器装置中的饱和电抗器。）用于高压直流输电换流器装置中的饱和电抗器。由于特殊的运行环境性对电器部件的可靠性要求极高。也是我们在设由于特殊的运行环境性对电器部件的可靠性要求极高。也是我们在设计研发选定材料过程中的考虑重点。除此还有如：脉冲特性，匝间绝缘，计研发选定材料过程中的考虑重点。除此还有如：脉冲特性，匝间绝缘，承受浪涌电流能力以及温升和局放等都有极高的要求，为此在设计中采承受浪涌电流能力以及温升和局放等都有极高的要求，为此在设计中采用了高绝缘强度的水冷线圈，高导磁超薄取向冷轧硅钢片，具有高机械用了高绝缘强度的水冷线圈，高导磁超薄取向冷轧硅钢片，具有高机械强度和

16、绝缘强度的外壳，加上全密闭灌封树脂结构，有效的降低了噪音，强度和绝缘强度的外壳，加上全密闭灌封树脂结构，有效的降低了噪音，提高了承受浪涌电流的能力，整个造型美观，结构简洁合理。提高了承受浪涌电流的能力，整个造型美观，结构简洁合理。饱和电抗器的产品特点（2）确定产品的重要零部件。）确定产品的重要零部件。根据本产品的特点，依据零部件对产品主要性能的影响等级，对产品可靠性、根据本产品的特点，依据零部件对产品主要性能的影响等级，对产品可靠性、安全性、寿命影响的重要度，对产品制造成本的重大影响，最终确定的重要零部安全性、寿命影响的重要度，对产品制造成本的重大影响，最终确定的重要零部件有：铝管电缆、铁心、

17、气隙片、浇注料、外壳。饱和电抗器属铁心式电抗器类件有：铝管电缆、铁心、气隙片、浇注料、外壳。饱和电抗器属铁心式电抗器类的一种，根据换流阀的使用要求；一是要满足电气性能要求；二是要根据换流阀的一种，根据换流阀的使用要求；一是要满足电气性能要求；二是要根据换流阀的特点设计出符合换流阀运行环境的阀电抗器。的特点设计出符合换流阀运行环境的阀电抗器。这种电抗器具有电气性能高、动态响应快、防火性能好、结构紧凑、安装简这种电抗器具有电气性能高、动态响应快、防火性能好、结构紧凑、安装简便、重量轻的特点，因此，我们在饱和电抗器设计上采用了当前国内性能最优异便、重量轻的特点，因此，我们在饱和电抗器设计上采用了当前

18、国内性能最优异的各类材料。试验结果证明这些国产材料完全可以满足阀电抗器的要求。的各类材料。试验结果证明这些国产材料完全可以满足阀电抗器的要求。饱和电抗器的产品特点（3）饱和电抗器防震降噪技术电抗器在使用中产生的噪音比较大，）饱和电抗器防震降噪技术电抗器在使用中产生的噪音比较大，这是所有带有气隙铁心式电抗器在工作中所共有的缺点。是换流阀中的主这是所有带有气隙铁心式电抗器在工作中所共有的缺点。是换流阀中的主要噪声源。我们在设计饱和电抗器时充分考虑到了这一点，我们采用了专要噪声源。我们在设计饱和电抗器时充分考虑到了这一点，我们采用了专用的弹性体材料，将电抗器的线圈和铁心浇注在一体的工艺，即起到把线用

19、的弹性体材料，将电抗器的线圈和铁心浇注在一体的工艺，即起到把线圈和铁心的相对位置固定的作用，又能起到降低噪音的作用圈和铁心的相对位置固定的作用，又能起到降低噪音的作用饱和电抗器图片饱和电抗器图片饱和电抗器的结构水管水管半导体（PEX）半导体（PEX）导体（铝）导体（铝）不锈钢管不锈钢管绝缘体绝缘体饱和电抗器的结构特点饱和电抗器的机械性能设计方法包括以下步骤包括以下步骤:材料选择、电动力分析、整体结构、悬吊安装及支撑、材料选择、电动力分析、整体结构、悬吊安装及支撑、连接环节、防火设计和抗震设计共连接环节、防火设计和抗震设计共7部分部分,7部分的设计互有交叉部分的设计互有交叉,按照每按照每一个部分

20、得到电抗器的设计结果后一个部分得到电抗器的设计结果后,需要校核其他部分是否满足需要校核其他部分是否满足,只要有一只要有一项不满足项不满足,则需要重新设计则需要重新设计,直到直到7部分性能都满足为止。部分性能都满足为止。饱和电抗器机械性能设计的输入参数为其电气性能参数、热力性能饱和电抗器机械性能设计的输入参数为其电气性能参数、热力性能参数参数,设计输出参数即材料选型、结构型式设计输出参数即材料选型、结构型式,机械性能设计的结果应满足电机械性能设计的结果应满足电气性能、热力性能气性能、热力性能,另外还需确保美观性、悬吊安装的便捷性、防火性能另外还需确保美观性、悬吊安装的便捷性、防火性能以及抗震性能以及抗震性能,最终还需要兼顾经济特性最终还需要兼顾经济特性,即在满足所有性能的前提下即在满足所有性能的前提下,体体积尽可能小。积尽可能小。中国电力科学研究院中国电力科学研究院中国电力科学研究院西电济南变压器股份有限公司赛晶电力电子集团赛晶赛晶Sun.King是中国铁道运输装备重要的生产配套厂商之一，是中国铁道运输装备重要的生产配套厂商之一，也是中国电网输配电领域中，节能增效电力电子部件及系统的领先制造也是中国电网输配电领域中，节能增效电力电子部件及系统的领先制造商之