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竞彩篮球赛果开奖新浪:±1100kV特高压直流输电晶闸管阀运行试验系统设计

竞彩篮球高手自爆 www.jah6.com 2013/4/17 16:25:47 来源:佚名 电力电子论坛|免费发布产品

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竞彩篮球高手自爆 www.jah6.com   为满足我国特高压直流输电发展和建设的需要,提出了满足±1100kV特高压工程换流阀运行试验系统的设计。根据±1100kV特高压工程规范,提出了预期运行试验参数,从运行试验系统的一次电气原理设计、二次控制?;ど杓坪筒饬考嗖馍杓?个方面进行讨论和研究,最终通过仿真手段对电气原理和控制系统原理进行了验证。

  0 引言

  我国的资源和经济逆向分布,为了满足降低能源输送损耗、提升输送容量、提高特高压直流输电距离,新疆等地能源外送等的需求,我国已经规划±1100kV特高压直流输电线路,该线路输送容量比±500kV线路提高近250%,预计将在2015年开始投运。届时直流输电工程将是全世界容量最大、电压等级最高的直流输电工程。特高压直流换流阀是关键设备之一,±1100kV换流阀将会采用6英寸晶闸管,阀组件尺寸将会更大,串联数量更多,电流电压能力进一步提高,输送容量增加,短路容量大幅提高,这些都引起特高压换流阀的重新设计。

  特高压直流输电的迅速发展离不开试验技术的发展,试验技术是工程开展研究的基础。作为直流输电核心设备之一的换流阀,它同时集成了一次设备和二次设备,涉及了机械、电气、能源、通信等多项学科内容,是一个复杂的综合性设备,所以对其试验和检测就显得非常重要。如何检验设计的正确性,设备制造的可靠性,试验是最有效的手段,运行试验可以模拟工程实际运行的各类工况,对换流阀的各种参数和各种性能在真实的电流和电压应力作用下进行检验,考核换流阀运行的稳定性和可靠性。特高压直流的研究和发展需要试验平台的支撑,运行试验能力的建设对我国直流输电自主创新的健康发展有着重大的意义,建立运行试验回路可以为特高压换流阀型式试验标准制定提供数据,为换流阀设备的研发建立平台。

  本文介绍±1100kV特高压直流输电晶闸管阀运行试验系统的设计。

  1 ±1100kV运行试验标准概述及试验参数

  直流输电换流站是由基本换流单元组成,基本单元是6脉动换流单元,它的性能好坏严重影响直流输电的可靠和发展?;涣鞣У慕峁股杓仆ǔS?种,一是小组件设计,二是大组件设计。小组件中每个组件由6~8级晶闸管级串联而成,大组件结构设计每个组件分为2个阀段,每个阀段串联的晶闸管数量一般情况下不低于11级,最多15级串联?;涣鞣У男阅苡帕佑刖д⒐茉匦灾苯酉喙?,换流阀的优化是综合考虑技术和经济的复杂问题,串联晶闸管元件数量和优选晶闸管元件参数设计的一个重要目标?;涣鞣в档痛芈返牡缪狗植疾痪认凳?,更好利用晶闸管元件的电流能力,减少多个元件的分散性。使每级开通时间和恢复电荷尽可能一致,尽可能小,就可以大大减少过电压,提高关断速度?;涣鞣вΩ媚芄怀惺艿缌鞅浠蔰i/dt、浪涌电流、电压、温度等的能力。

  换流阀运行试验模拟换流阀在系统中的运行,换流阀将承受可能会遇到的所有情况,运行试验对换流阀的考核是非常严格的,通过运行试验的换流阀产品也将会使得系统运行安全可靠。通过运行试验验证阀在规定的各种试验条件下,各项功能完善,具有正确的电压和电流波形承受能力;阀应该保持其过电压?;ば阅?,所有的阀内部电路运行功能正常,具有足够的热效应和短路大电流承受能力,故障抑制能力,元部件不会产生过热现象;阀具有正确的?;?,能避免阀关断期间暂态冲击电压的损坏以及开通期间暂态冲击电流的损坏。运行试验必须在完整的单阀上进行,即在6脉动桥的一个桥臂上的所有晶闸管级组件。运行试验对包含5个或更多的串联连接的晶闸管级的阀段有效。参考高压直流输电换流阀电气试验标准IEC 60700-1和GB/T 20990.1运行试验项目如下:

  1)最大连续运行方式试验

  (1)最大连续触发电压试验;

  (2)最大连续恢复电压试验;

  (3)温升试验。

  2)最大临时运行方式试验

  3)最小交流电压试验

  (1)最小延迟相角试验;

  (2)最小熄灭相角试验。

  4)暂时欠电压试验

  5)断续直流电流试验

  6)恢复期间的瞬态正向电压

  7)单波次故障电流再加正向电压试验

  8)多波次故障电流不再加正向电压试验

  工程阀运行试验参数就是运行试验系统的设计目标的基础,±1100kV特高压直流工程电压的提升到1100kV,为达到高的传输容量,工程的电流也将达到5000A。根据特高压工程的特点,以6英寸晶闸管元件参数为基础,见表1,进行分析和推算,换流阀组件按照最大组件考虑,即每个阀段最多由15级晶闸管串联而成,预估±1100kV工程的运行试验参数,见表2。

  

  表1 6英寸晶闸管主要参数

  

  表2 ±1100kV阀运行试验参数表

  注:Id为直流电流;Uf为触发电压;Ur为反向恢复电压;toff为电流零点到电压零点的反向时间;k为短路峰值电流;Up为冲击电压峰值。

  根据以上分析和预期参数研究,并考虑一定的系统设计的裕度,所以运行试验系统参数应该为电流7000A(按照3s过负荷运行考虑),电压100kV。每次可15级以上晶闸管级串联同时进行运行试验,与换流阀特点和实际运行情况更加符合。

  2 运行试验系统的设计

  运行试验系统的设计要考虑到很多方面,是一个综合的、多方面的研究工作。限于篇幅本文将介绍3个主要方面的内容,并根据设计方案搭建仿真回路,进行验证。这3个方面分别为回路的电气原理设计、控制?;は低成杓坪筒饬肯低车纳杓?。

  2.1 系统电气原理设计

  针对±1100kV换流阀运行试验内容,提出了换流阀的运行试验回路。试验回路的参数为7000A/100kV,可以满足15级晶闸管串联同时进行试验的能力。

  换流阀运行试验回路采用了合成原理,主要由电压源、电流源、冲击电流源等部分组成。该试验回路原理图见图1,试验回路有3部分组成,大电流源、电压源和充击电流源。大电流源提供换流阀稳定运行的直流电流,大电流源采用3相全控桥原理,电流最高可以达到7000A,通过隔离阀提供给试品阀大电流。电压源采用2个可控的35kV整流桥串联,提供输出100kV的直流电压,采用这种结构可以使充电电流更加平稳,提高系统可靠性,同时造价相对也较低。主电容器C2和电抗器L2组成振荡电压源,通过双向阀给试品两端施加正向或者负向电压,考核试品阀的电压应力的承受能力。冲击电流源是为了进行试品阀的短路故障试验而设计的回路,该回路可以模拟换流变通过阀发生相间短路故障,产生的感性冲击大电流,为试品阀提供短路冲击大电流。该回路与前面两条回路按照一定的前后时序、工况的关系相互配合,共同将电流和电压作用在阀上。

  试品阀承受了大电流源和电压源的共同作用,其波形见图2。电流源通过电网取得能量,经过可控整流后,给试品阀提供了一个桥臂上的电流,从t0~t2时间段是该大电流源提供的7000A电流,在该阶段,电容器C1通过可控补能装置给C2提供了电压幅值为U的电压,补充由于运行损耗引起电压降低,该电压与试品阀试验要求的触发电压相等。在时间t1~t2段,是大电流源和电压源的合成电流阶段,在t1时刻大电流源由于换相过程开始,直流电流开始下降,这时电压源电容器C2与电抗器L2组合通过双向阀向试品阀放电,电流流过试品阀,在t1和t2之间电流突变就是大电流源电流过0结束,电压源电流继续流过试品阀。在t2时刻电压源电流过0,试品阀两端建立负向电压,会产生一个过冲电压。t2~t3阶段模拟试品阀在实际运行中承受的负向电压,在t3时刻可控补能装置使C2两端负向电压变为正向电压,试品阀两端承受正向电压,在t4时刻试品阀接受触发信号,大电流源的电流再次开始流过试品阀。在t2~t4时段里,通过修改控制时序脉冲设置,可以任意调节这个阶段的电压极性的占空比,模拟试品阀在实际工况中遇到的电压应力。

  

  图1 ±1100kV特高压换流阀运行试验回路

  

  图2 换流阀运行试验波形图

  2.2 控制?;さ纳杓?/P>

  控制系统是整个运行试验回路的核心设备,控制系统根据试验项目的不同,完成合成试验回路的状态监控、参数设定、电流源整流、逆变桥控制、电压源整流桥控制、辅助阀顺序控制、逻辑控制和主回路?;た刂频裙δ?。大电流源控制系统设计按照标准的3项全控整流桥工作逻辑进行调解,以城市配电网作为同步信号进行控制调节。电压源控制系统以试品阀电压为返回值,自动进行负反馈自动快速调节,使试品阀达到目标电压。电压源的控制脉冲是一大电流源的开通t0时刻为控制参考点,自适应进行时序调节,保证试品阀两端电压正常。所有的控制顺序为按照预先设置,自动按照步骤进行控制调节,可自动完成整个试验流程。

  整个控制系统由上位管理工作站OWS、阀极控制部分、电流源控制部分、电压源控制部分、主回路?;ぷ爸貌糠趾退承蚩刂撇糠肿槌?,见图3。上位管理工作站OWS工作站为操作员控制台,提供试验操作员的操作界面,数据服务器,所有的事件,录波,?;さ亩ㄖ瞪柚媒缑娴裙δ?。它可以完成主回路状态监控、参数设定、存储、逻辑和顺序控制、试验启动停止等操作功能。它通过总线与阀控制部分进行通讯。极控柜由控制?;こ绦?、测量单元组成。极控柜由两个CPU组成,每个CPU负责不同工作任务,完成极控制,包含恒流控制、总线通讯、参数测量、整流桥、逆变桥阀组控制、锁相、同步电压,电流源直流电压和电流测量,熄弧角测量,试品阀电压过零检测、电压整流桥阀组控制。通过I/O总线与阀底部、交流柜和测量柜进行通讯,接受测量、状态信号和发出触发脉冲和控制指令。

  该系统的?;すδ苌杓菩枰悸堑礁髦挚赡芊⑸墓收匣蚪艏鼻榭?,确保设备和试品阀的安全,过流?;な歉孟低车淖钪匾;すδ苤?。?;すδ苤饕校荷璞缸刺嗖獗;?、大电流源50周期分量?;?、试品阀过电流?;?、试品阀过电压?;?、各个开关量的过流?;?、滤波支路?;?、母线差动?;さ?。

  2.3 测量监测的设计

  运行试验系统中,需测量的信号频率成份复杂。一台传感器应能满足多种信号的测量要求,应具有从低到高足够的带宽,并且具有很好的抗干扰能力,因为电流变化范围宽,电感电容充放电等多个因素引起无线电干扰非常大,同时测试系统的环境应具有良好的接地设计?;涣鞣У牡缌骱偷缪共ㄐ尾煌诳乩嗖返牟ㄐ?,电压波形非规则的三角函数波形,有阶跃现象,包含的频率范围非???,应采用通用型分压器,通用型分压器对高频、工频均有很好的响应,被测信号高频为20kHz,则频带应取400kHz。在运行试验回路的测量传输线波阻抗可选为50Ω,负载阻抗大于1MΩ/50pF,负载阻抗小于该值时需通过二次箱内置有源阻抗转换器予以转换才能保证精度。电流测量应采用可以测试直流电流和交流电流的电流传感器,应该具有精度高,线性度好,与外部绝缘,频带宽,低损耗,抗干扰强。运行试验回路中的电流测量一般可选用霍尔原理的电流传感器,可以同时测量交流直流电流,由于试品阀和电容器支路的电流非传统的直流,所以选择高精度的磁位计等方便的电流传感器也能够测量电流,频带应至少满足100kHz以上。

  作为运行试验回路的监视部分,一方面可以为现场人员提供实时的试验数据,另一方面可以为?;は低程峁┰谙呒嗖?,?;な匝樯璞?。测量系统应该具有以下分量监视:试品阀的电流电压监视、试品阀水温电导率监视、大电流源电路监视、电压源充电电压和电流监视、充电电容C1,C2电流电压监视、可控补能装置的电流监视、各支路上短路电流监视等。数据采集设备应设计为两套,一套用于实施的波形显示,该系统记录时间长但精度和采样率低,另一套用于暂态记录,该系统记录时间短但是精度高,采样率高,可以为试验检测提供高精度数据。测量监测系统的测量数据输送结构如图4所示。

  

  图3 控制?;は低辰峁?/P>

  

  图4 测量监测数据传输结构

  3 运行回路的仿真研究

  3.1 热运行试验

  该项试验是检验换流阀在最大额定工况的电流和电压应力作用下,能否按照设计进行开通和关断,同时换流阀也能够承受这种最大应力的作用,不发生任何损坏或者误动作,验证整个组件在此条件下正确设计。从仿真波形上看,该回路很好保证试验的晶闸管级受到的各种应力不低于实际工况产生的最大应力。晶闸管级承受开通状态Uf,反向恢复电压Ur,阻尼回路损耗以及高电位板功能,试品阀承受电流能力,这些参数在该项试验中得到了很好的测试。见图5,上通道为电流波形,下通道为电压波形,仿真数据为:Id=5287A,Uf=43.8kV。

  

  图5 热运行试验仿真波形

  3.2 最小熄弧角试验

  该项试验是最小交流电压试验的一项试验,检测换流阀在逆变运行情况下,阀的自身恢复关断能力的性能,能否按照设计进行开通和关断,同时换流阀,不发生任何损坏、误动作或者换相失败。该合成试验回路可以很好达到考核该项试验的目的。仿真波形见图6。仿真数据为:Id=5288A,Ur=14.6kV,toff=0.82ms。

  

  图6 最小熄弧角试验仿真波形

  3.3 断续电流试验

  该试验是证明在电流产生间断的时候,阀在正?;蚬缪贡;ごシ⑻跫?,阀的触发系统的正常功能和阀的完整性能。断续直流电流试验模拟发生在系统启动阶段或者换流器控制有功时候,控制角在90°时或者40°左右,电流发生了断续情况下的1种工况再现试验。该项试验中换流阀可能承受较高的电压应力。仿真数据见图7。仿真数据为:Id=298A,Uf=67.1kV。

  

  图7 断续电流试验仿真波形

  3.4 三周波短路试验

  在直流运行中,阀有可能由于绝缘破坏,而发生闪络或阀组的晶闸管失去阻断能力。这些现象在直流输电虽然极少发生,一旦出现这种情况,后果会极为严重。本试验是模拟在一个桥臂突然发生短路故障后,经过一个短路周期后,故障没有消失,最终故障由线路上的断路器切除。不同的系统参数和不同的系统频率会产生不同次数的多次故障电流,这个次数是由电源频率和系统?;な奔渚龆ǖ?。通常情况下50Hz系统为3个短路周期,60Hz系统为4个短路周期。该试验回路设计为50Hz的系统,短路周期为3周。从图中可以看出,试验回路能够很好模拟该短路故障工况。仿真波形见图8,仿真数据为:IfC=50.8kA,Ur=50.1kV。

  

  图8 多波故障电流试验仿真波形

  4 结论

  本文讨论了±1100kV换流阀运行试验系统设计,包括了运行试验回路的电气原理设计、控制?;ど杓坪筒饬肯低成杓?。

  1)该运行试验回路电气原理通过仿真验证是可行的,能很好满足所有运行试验项目。

  2)提出±1100kV换流阀运行试验回路主参数为7000A/100kV,可以满足至少15级晶闸管串联同时进行试验要求,更加符合换流阀的设计特点和运行情况。

  3)提出了±1100kV换流阀运行试验预期参数,可以为±1100kV工程阀运行试验大纲提供参考。

  4)运行试验回路建成后,将具有深远意义,可以满足±1100kV工程阀15级串联同时进行运行试验,也将成为世界上容量最大的运行试验回路,可以为我国±1100kV直流输电工程研发和工程建设提供研究试验的基础。

±1100kV特高压直流输电晶闸管阀运行试验系统设计.doc

 

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