新型换流阀在“向~上”直流输电工程中应用.docVIP

新型换流阀在“向~上”直流输电工程中应用 　　摘要：常规直流输电工程中，换流阀采用的都是5英寸晶闸管，而“向家坝～上海”±800kV特高压直流输电工程却首次使用6英寸晶闸管。基于6英寸晶闸管新型换流阀的研发，标志着我国通过自主创新，已经达到了国际大功率半导体器件技术的领先水平，代表了世界直流输电技术的最高水平。本文主要以复龙换流站为例，介绍了新型6英寸晶闸管换流阀的基本结构和工作原理及相关保护，以期望能为特高压直流输电换流阀的正常、稳定运行和日常维护提供参考意义。 　　关键词：特高压 直流输电 6英寸晶闸管 换流阀 　　 　　1、引言 　　“向家坝～上海”±800kV特高压直流输电示范工程采用了由国内外共同研制的世界上电压等级最高、容量最大、技术水平最先进的额定电压800kV、额定电流4000A的新型换流阀，其核心元件采用了世界上最新研制的6英寸、8500V、4000A的大功率电触发晶闸管器件，结构设计具有重大创新，各项技术指标均创世界最高水平，为“向～上”直流输电工程的安全、稳定、可靠运行提供了强有力的保障。 　　2、新型换流阀概述 　　2.1 新换流阀的技术优点 　　“向～上”直流输电工程中，换流阀的设计为双极直流系统，系统包括2个完整单极，每个完整单极每端由2个电压相等的12脉动换流器串联组成，每个完整单极中任何一对12脉动换流器退出运行，都不影响剩余换流器构成不完整单极运行。是在HVDC技术的研发及后来多个工程工业性运行经验的基础上逐步发展起来的，集中了以下技术优点： 　　（1）由晶闸管及其散热器压装在一起的硅堆组成的阀组件标准化设计； 　　（2）去离子水冷却晶闸管及阀电抗器； 　　（3）直接水冷式均压阻尼电阻，功率大散热能力强； 　　（4）冷却回路采用经验证的防火材料及合理的布局； 　　（5）减少了辅助零部件的数量，使故障率降低，维修简便； 　　（6）大功率6英寸晶闸管，使传输电流的范围得到显著提高。 　　2.2 换流阀的基本参数 　　2.2.1 基本结构参数 　　“向～上”直流输电工程换流阀型号为：KGWF―4000/±800，其中： 　　K――可控晶闸管；G――高压变流器；W――水；F――强迫； 　　4000――额定输出电流4000A； 　　±800――额定输出电压±800kV。 　　其换流阀基本结构参数如表二： 　　2.2.2换流阀的主要特性 　　（1）采用6英寸晶闸管，额定电压：8500V，短路电流能力为46kA； 　　（2）主回路不采用晶闸管元件并联设计； 　　（3）每个晶闸管级并联一个阻尼回路； 　　（4）TCU动作可靠、快速而精确； 　　（5）每个单阀内有2个冗余晶闸管； 　　（6）每个单阀包括8个饱和电抗器。 　　3、换流阀的基本结构及原理 　　 3.1 换流阀的组成结构 　　基于6英寸晶闸管的新型换流阀，每个晶闸管级组成部分如下： 　　（1）6英寸电触发晶闸管； 　　（2）晶闸管触发监测（TFM）板，为阀控制系统的一部分； 　　（3）用于晶闸管冷却的散热器； 　　（4）并联的阻尼电路，由串联连接的电容和电阻组成； 　　（5）并联的直流均压电阻，安装在TFM板上。 　　 3.2 换流阀的基本原理 　　以“向～上”直流输电工程起始端――复龙换流站的换流阀为例，对新型换流阀做一个具体的介绍，复龙换流站换流阀的设计原理图如图三： 　　复龙换流站换流阀采用双12脉动换流阀串联结构，每个12脉动换流阀由2个6脉动换流阀串联组成，即单极由4个6脉动换流阀串联组成。两个单阀上下排列，与其中1个6脉动桥的同一AC相相连，一个6脉动换流器由3个双重阀构成，一个单极由12个双重阀组成，一个双重阀包括2个单阀，每个单阀包括2个晶闸管组件，每个晶闸管组件又包括2个阀段，每个阀段有15只晶闸管元件，由一个硅堆和2个电抗器串联再与一个均压电容并联组成。 　　3.2.1 结构设计优点 　　（1）采用悬吊结构，确保阀体具有足够的柔韧性，能够耐受7级地震； 　　（2）采用模块化结构。每个晶闸管组件采用30个串联的晶闸管组成，重量轻，易于在现场组装和维护； 　　（3）冷却系统采用串联回路，减少了接头的数量，数量大约是并联回路的1/3； 　　（4）管路直径大，不易堵塞； 　　（5）爬电距离大于14mm/kV； 　　（6）防火性能强。 　　3.2.2 换流阀的相关保护 　　为了确保换流阀的安全运行，换流阀提供了下列保护： 　　（1）电流保护； 　　（2）电压保护； 　　（3）漏水保护。 　　3.2.2.1 电流保护 　　换流阀的电流保护有： 　　（1）过电流保护； 　　（2）短路电流保护； 　　（3）换相失败保护； 　　（4）