1、 第二章 宁东山东660kV直流输电工程换流阀技术特点研究1 660千伏直流换流阀关键零部件技术研究1.1 晶闸管及其压装组件由于HVDC换流阀包含一定数量的串联晶闸管,为了方便,可以在电气和机械上都将一个阀看作是由若干个阀组件组成的。阀组件通常由5/6个晶闸管级和一个饱和电抗器串联,电抗器可以在阀开通时保护阀不承受过高的di/dt。阀组件内的晶闸管都固定在高效的液体冷却散热器之间,组成一个“压装结构”,通过GRP(玻璃增强塑料)绷带的紧固,使晶闸管和散热器之间产生很大的压紧力,保证了元件间良好的电气和热接触。绷带具有足够的绝缘强度,能承受阀关断期间的电压应力。压装结构允许在不断开任何电气和水
2、路连接的情况下方便地更换晶闸管。图2-1所示为具有6个晶闸管级的压装结构。图2-1 晶闸管压装结构1.2 阻尼及均压电路阀作为一个整体,它的电压耐受能力总是小于每个串联晶闸管的电压耐受能力之和。这是由串联晶闸管之间的断态漏电流和关断时存储电荷的差异引起的。因此,当一个阀中有两个或者更多晶闸管串联的时候,必须考虑阀内的电压分布问题。每个晶闸管级有两个并联的RC电路用于正常运行工况下的均压。电路中元件的电感和布线需经过精心考虑,以保证在阀承受频率很高的陡波头冲击电压时阻尼电路都能连续提供有效的均压。主RC阻尼电路也用于控制晶闸管开通和关断期间的暂态电压电流应力,此外它们还为每个晶闸管级的门极单元提
3、供电源。阻尼均压电路中还包括一个直流均压电阻,可以在阀承受单一的直流电压时提供均压作用,也用于门极单元对晶闸管电压的测量。1.2.1 阻尼电阻阻尼电阻是由几个无感厚膜电阻组成的,安装在每个晶闸管级中一个单独的散热器上(如图4-1所示)。均压电路两个支路的电阻都安装在散热器上。为了使电阻底座承受的绝缘应力最小,散热器与其中一条电阻支路的电气中点连接。图4-1 阻尼电阻和散热器组件1.2.2 阻尼电容阻尼电容采用自愈式金属化聚丙烯材料、干式无油结构,将故障引发火灾的风险降到最低。每个电容都安装在一个独立的金属圆筒中,此设计使体积最小。电容固定在一个独立的支架上,支架与阻尼电阻相邻。每个晶闸管级的支
4、架安装两个阻尼电容。图5-1为一个完整阀组件的6个阻尼电容支架的紧凑布置。图5-1 一个完整阀组件的阻尼电容1.3 饱和电抗器饱和电抗器是阀组件的一部分,用于限制晶闸管开通过程初始阶段的di/dt(见图6-1)。在晶闸管开通的最初几个微秒中,电抗器在小电流下表现出很大的不饱和电感,限制了晶闸管电流的上升率。晶闸管安全开通后,电抗器为完全饱和状态,电感值很小。电抗器还提供了足够的阻尼来保护晶闸管,避免振荡涌流过零。图6-1 饱和电抗器1.4 晶闸管门极电路每个晶闸管级都配备了门极电路以提供晶闸管的触发、监视和保护功能。门极电路根据运行要求提供正常触发信号,并在过电压、高dv/dt和提前恢复时进行
5、保护性触发。每个晶闸管级的状态都被监视并传送到地电位的VBE柜中,同时VBE也向门极电路发送启动和停止信号。地电位和门极单元之间的通讯通过光纤实现。每个晶闸管级有两根光纤,一根“触发”线用于传送启动和停止脉冲,一根“回报”线将晶闸管级的状态信息(晶闸管正常、失效以及正常但依赖独立触发回路)反馈给VBE。在晶闸管断态期间,每个晶闸管级门极电路的电源来自于本地晶闸管电压。并联在晶闸管两端的两路RC阻尼回路中的一路会流过容性位移电流对门极电路充电。在阀两端无电压的情况下,充电回路中有一个足够大的储能电容仍能保持阀正常工作两秒。自动数据回报系统监视的状态包括但不限于晶闸管状态(正常或短路)以及VBO保
6、护是否重复触发。收到VBE发出的启动脉冲后,每个晶闸管级的门极电路会发出一个触发脉冲。晶闸管两端出现正向电压时,门极电路会将选通脉冲联锁。如果晶闸管在一个启动和停止脉冲之间不导通(例如在断续电流运行工况下),门极电路会监测到正向电压并发出补充脉冲。这种短脉冲触发系统与“按需脉冲”逻辑相结合,便可产生有效宽度为120、耗能最少的导通脉冲。2 660千伏直流换流阀设计技术研究直流输电换流阀设计包含了成套电气设计、机械结构设计、监控保护设计、零部件设计、水路设计及光纤布线设计等。为实现换流阀在各种运行条件下的高性能和高可靠性,H400换流阀满足以下设计要求:1)阀塔结构采用国际通用的悬吊式、柔性防震
7、结构设计;2)空气绝缘、二重阀(或四重阀)阀塔结构设计;3)标准的晶闸管组件、电抗器组件设计;4)去离子水或纯水/乙二醇混合液的串联/并联冷却系统设计;5)结构布局简单合理,充分考虑了换流阀防火阻燃特性要求;6)换流阀和阀基电子设备之间采用高压光纤实现高低压电隔离,提高抗干扰能力;7)换流阀控制及监控柜采用双冗余设计,提高了可靠性。H400换流阀的设计不但能够完全满足上述要求,而且在整体设计上遵循“贴近用户、紧跟未来”的设计理念,具有独特的技术优势,达到了更高可靠性和更强的性能:1)可采用更高电压参数晶闸管元件,明显降低晶闸管串联级数,大幅提高换流阀运行可靠性;2)更加紧凑和可靠的多阻尼电路设
8、计,最大程度提高了换流阀的整体可靠性;3)在饱和电抗器(又称阀电抗器、阳极电抗器、di/dt电抗器)设计方面采用了多种先进设计技术和制造工艺,实现了在各种运行工况下(各种冲击电压下,晶闸管组件上动态电压保护,晶闸管组件开通时,开通振荡电流的有效抑制等)更好地保护晶闸管组件,有效降低换流阀噪声,提高饱和电抗器及换流阀整体运行可靠性等目的;4)在动态电压分布特性方面进行了深入的研究,采取多种技术措施,如加装组件电容等,实现动态电压的均匀分布;5)智能化的门极电路设计,完备的屏蔽及抗干扰设计大幅提高了门极电路的性能及可靠性;2.1 换流阀的电气设计本工程采用传统的线路换相换流阀,换流阀设计使用5英寸
9、电触发晶闸管,额定电流3030A、额定电压7.2kV,芯片直径125mm。单个晶闸管元件可以独立承担系统额定电流、过负荷电流及各种暂态冲击电流,不需要并联使用。晶闸管级的串联数要参考阀避雷器的保护水平确定,在最大设计结温条件下,并考虑所有冗裕晶闸管级数都损坏的极端情况,单阀和多重阀的绝缘应具有以下安全系数:1)对于操作冲击电压,超过避雷器保护水平的10%;2)对于雷电冲击电压,超过避雷器保护水平的10%;3)对于陡波头冲击电压,超过避雷器保护水平的15%。图3-1和图3-2分别为晶闸管级与阀组件电气原理图。图3-1 晶闸管级电气原理图图3-2 阀组件电气原理图根据换流阀的电气强度要求及其结构设
10、计,银川东站和青岛站的换流阀参数如下:表1 换流阀的技术参数表银川东青岛换流站12脉冲换流桥数22阀塔类型悬吊式悬吊式1个完整单极中二重阀数量66单阀阀模块数量109单阀串联晶闸管级数量111107单阀晶闸管冗余数量44单阀电抗器组件数量20182.2 换流阀的机械设计2.2.1 换流阀模块设计1)框架设计阀模块框架是由2根GRP主槽、2根铝侧梁组成的矩形框架及1根铝中心梁构成的基本支撑结构。3根铝梁除了作为结构件起到支撑作用,还具有多种电气作用,它是阀模块一次电气回路的连接部分,此外3根铝梁分别在两个阀组件两端产生了电容效应,相当于每个阀组件端间并联了一个电容,起到了一定的动态均压作用,尤其
11、是对电压等级比较高、单阀串联模块数比较多的换流阀,进一步改善了动态电压分布。框架的四角设钢制角支架,除了起到固定阀框架的作用,还作为阀吊装时的承力结构,悬吊结构与角支架采用柔性连接,最大限度保持阀模块免受地震产生机械应力的损坏,同时阻尼机械共振。2)支撑及连接结构每个阀模块内部由两根特殊设计的方管形交叉梁支撑,是阀内元部件的主要承重结构,同时还增加了框架的强度。阀内其余的支撑件和紧固件(螺杆和螺母等)都采用GRP材料,起着固定和支撑阀模块内晶闸管组件、饱和电抗器、主水管等换流阀元部件的作用。一方面达到了机械设计要求,增加了整个支架的强度和韧性,另一方面也满足了阀模块的防火及电气隔离的设计要求。
12、3)外屏蔽设计模块外屏蔽为铝制材料,用于防止阀模块中电气元部件电位不等、电场分布不均引起的局部放电现象。屏蔽罩表面设计光洁平整、无毛刺和突出部分,以防止电场集中引起局部放电。模块屏蔽罩分为管状屏蔽罩和板状屏蔽罩,安装于阀模块的外围,仅阻尼电容侧GRP主槽外侧没有安装屏蔽罩。屏蔽罩有效避免了外界电磁干扰的影响,且分别固定在阀层的不同电位点上,从而避免了悬浮电位。每层两个阀模块无屏蔽的一侧相对布置,这样整个阀层外侧都有屏蔽结构,既可以防止外界的电磁干扰,也能有效屏蔽阀运行中产生的电磁噪声。4)冷却水管及光纤设计阀塔顶部装有冷却水总管,既有不锈钢水管,又有PEX水管,PEX冷却水总管的进水管和回水管
13、分别与每个阀模块内进水管和出水管相连,进水管位于出水管的外侧。阀层间的冷却水总管使用柔性防振设计弯曲成圆弧状,同时满足了爬电距离的要求。阀模块采用串联冷却方式。冷却水从进水管分多路进入晶闸管、阻尼电阻和饱和电抗器,带走热量后汇集到出水管。光纤在每层分线后沿GRP主槽走线,分别与该层每个晶闸管门极单元的光纤接口连接。5)滴水盘设计阀模块专门设置了滴水盘,由工程塑料(ABS或聚碳酸酯)制成,向晶闸管组件的中心倾斜,使泄漏的冷却液按指定的位置流到下一个阀模块,直到流进底部屏蔽罩的滴水盘中。2.2.2 二重阀结构设计图 二重阀阀塔外形尺寸图换流阀布置于干燥、低污秽、区域环境可控的阀厅内,阀厅应通风良好
14、,并安装空调,呈微正压以减少灰尘进入。换流阀主要包括阀模块、屏蔽罩、悬吊支撑结构、阀避雷器等,通过不锈钢(AISI 316)或交联聚乙烯(PEX)冷却水管、管母、光纤等实现与冷却系统、直流输电系统其它一次设备以及二次控制系统的连接。1)阀塔整体结构阀塔的整体布局不仅考虑了美观和电气设计的需要,而且仔细考虑了许多相关的复杂因素,如爬电距离、绝缘间隙、内部干扰、杂散电感和电容分布、水压要求、重量分布、安装简便性、维护和试验简易性等。同时,为了实现高可靠性和长期运行,设计方仔细考虑了结构材料和零部件设计,减小了换流阀发生火灾的风险。阀塔采用模块化及标准化结构设计,主结构使用了强度高、重量轻、导电及导
15、热性能好的铝合金材料,还使用了易于加工、防火阻燃性能好的高强度玻璃增强塑料(GRP)、PEX等合成材料,同时最大限度减少电气和水路连接接头,实现了结构简单、组装方便、可靠性高、便于维护及现场安装等换流阀优化设计目标。2)阀塔屏蔽结构阀塔顶部和底部都安装了屏蔽罩。屏蔽罩表面光洁平整、无毛刺和凸出部分,能有效降低静电放电的危险。屏蔽罩的边缘和棱角按圆弧设计,确保它们在高电压下对地没有火花放电。屏蔽罩同时也屏蔽了外界对阀内的电磁干扰,使阀塔内部电场分布均匀,隔离了阀塔之间的相互影响。本工程采用了专为800kV特高压直流工程开发的顶部和底部屏蔽罩(已经通过型式试验),这种屏蔽罩从外形上改为一体化形式,
16、对屏蔽罩的边缘曲率半径进行了优化,使其具有更好的屏蔽效果,能进一步降低电磁噪声。另外底部屏蔽罩还装有集水装置(滴水盘)和检漏计,来检测整个阀塔的漏水情况。3)阀悬吊及支撑结构悬吊部分采用标准的复合绝缘子和花篮螺栓将阀体和避雷器悬挂于阀厅顶部的钢梁上,为便于安装,阀体的悬吊高低位置可以通过调节花篮螺栓来调整。阀顶部悬吊绝缘子的选择与主回路的结构有关。根据换流站主接线图,阀顶部悬吊绝缘子需要耐受对应直流母线上的最大BIL值。悬吊结构与阀模块采用柔性连接设计,使每个阀层可在水平方向上摆动。阀顶部的悬吊结构除了能够承受阀体的自重外,还能够承受垂直方向的拉力,并且留出了很大的裕度,这种设计使换流阀能承受
17、静态和动态载荷,满足工程抗震等级要求。4)阀避雷器阀避雷器通过悬吊绝缘子悬吊于阀塔外侧。每个二重阀对应串联连接的2只阀避雷器,通过管母与每个单阀并联连接,金具的设计满足机械应力及抗震设计的要求。5)阀塔绝缘设计和模块连接阀层间距设计综合考虑了交流、直流、冲击电压下的空气间隙要求,还考虑了交流、直流电压下的局部放电要求,为此设计了合理的空气间隙和爬电距离。阀塔主体结构对称设计,有效减少了连接管母或母排的类型和数量,结构更加简单。层内及层间利用铝制管母连接阀模块。光纤槽固定在阀顶部并分2路垂直进入阀内,向下沿门极单元侧的GRP主槽走线,在每个阀层处分线。光纤槽采用圆弧型设计保证不同的电压水平之间的
18、光纤满足绝缘要求,并有足够的爬电距离,同时这种柔性设计有效隔离了振动时的相互影响,保证在各种应力下光纤不会断裂。2.3 换流阀冷却水路设计2.3.1 模块内阀组件水路每个阀模块包含两个阀组件,每个阀组件都有独立的冷却回路。阀组件的冷却回路是由三个彼此独立的冷却支路并联组成,各冷却支路的连接采用串联方式。晶闸管散热器、阻尼电阻散热器和饱和电抗器之间通过较小口径的PEX软管连接起来。PEX软管的接头上配有O型密封圈,水管接头与散热器的连接采用螺纹连接,并安装有止动片,防止运行中水管固定螺母由于震动而松脱。图 阀组件主要发热元件水冷管路连接示意图2.3.2 双重阀水路阀塔冷却系统管路采用弯曲向下连接
19、的结构。冷却液由安装在阀厅顶部的不锈钢主管流入和流出,与PEX进出水总管在阀塔的顶部连接。每个阀塔有四组PEX进出水总管,冷却水经由直径为75mm的PEX管向下分配给各个阀组件。在阀塔的底部,进出水PEX总管通过316L不锈钢管进行短接,保证PEX进出水总管的底部有足够的流速,同时可实现底层阀组件与底部屏蔽罩之间均压。2.3.3 材料选择及抗腐蚀措施1) 材料选择所有与冷却介质接触的材料都应考虑到保持冷却介质高纯度和低电导率的要求。阀组件中与水路接触的材料选择如下:l不锈钢316或316Ll铝(低含铜量)lEPDMlPEX2) 抗腐蚀措施由于冷却水路要流过不同位置的、有着不同电位的金属件,不同
20、电位的金属件之间的水路有可能产生电流,因此,这些金属件将可能受到电解腐蚀。冷却系统中的电导率被控制在较低的水平,水管中压差产生的漏电流密度将被控制为A/cm2数量级。然而,即使是这样低的电流密度,如果不进一步采取保护措施,仍会发生铝制散热器的电解腐蚀。为了解决这一问题,冷却系统在每个散热器的进出口安装了不锈钢316电极,可以避免电流流入铝散热器的表面造成腐蚀。2.4 换流阀监控和保护设计2.4.1 换流阀监控和保护设计原理H400换流阀控制设备具有丰富的硬件资源和强大的软件平台。该控制系统不仅满足直流控制保护系统功能正确、完备的基本要求,而且具有很高的可靠性。换流阀控制系统主要包括VBE、GU
21、以及检漏计三部分,其结构框图如图11-1所示。图11-1中,VBE实时接收控制保护系统下发的触发字和热字,并将这两部分信息合并为触发数据后发送给GU;GU根据接收到的触发命令完成对本级晶闸管的触发,并根据本阀的热字信息来确定晶闸管的过电压(VBO)保护、dv/dt保护以及正向恢复保护等瞬时保护的动作阈值。同时,VBE接收GU和检漏计返回的监视信息,将这些监视信息和自检信息汇总编码后通过局域网上报给控制保护系统。若换流阀出现异常,VBE将发出相应的报警、通道切换请求、跳闸请求等信号。图11-1 换流阀控制设备结构图2.4.2 换流阀的监控正常运行时,控制保护系统持续向VBE发送触发字和热字。VB
22、E根据触发字确定各个单阀在当前时刻是否需要触发,并将该信息与对应阀的热字组合成触发命令发送给该阀的各个GU。GU收到触发命令后,若判断本阀需要触发,且当前晶闸管已经承受合适的正向电压,GU将向晶闸管门极发出触发脉冲使其导通;同时,GU根据本阀的热字数据更新VBO保护、dv/dt保护以及正向恢复保护的动作阈值。H400换流阀控制设备的一个重要特点是能够根据换流阀的热字(结温信息)自适应地调整换流阀保护触发阈值。由于晶闸管的运行特性受结温影响较大,因此,结合晶闸管的结温来实时调整换流阀的保护触发阈值,无疑将提高保护触发的合理性,充分保证换流阀的安全,从而提高直流输电系统运行的安全性和稳定性。控制保
23、护系统根据直流输电运行的需要计算各换流阀的触发时刻,并根据计算结果实时更新触发字。触发字采用串行归零码传送,若某位出现脉冲且宽度达到位宽度的50%,则表示逻辑“1”,若没出现脉冲,则表示逻辑“0”,其时序如图11-2所示。图11-2 触发字时序图在图11-2中:脉冲宽度(Td):0.5s0.0025%;位宽度(Tb):1s0.0025%;相邻触发字之间的间隔(Tint):2s(最小)/ 20ms(最大)。在一帧触发字中,位0为起始位;位112表示阀1至阀12是否需要触发导通,“1”表示触发,“0”表示不触发;位13为奇偶校验位;位14、位15为结束标志位,保持为“0”。晶闸管热字数据同样采用串
24、行归零码传送。若某位出现脉冲且宽度达到位宽度的50%,则表示逻辑“1”,若没出现脉冲,则表示逻辑“0”,其时序如图11-3所示。在图11-3中:脉冲宽度(Td):0.5s0.0025%;位宽度(Tb):1s0.0025%;相邻晶闸管热字数据之间的间隔(Tint):2s(最小)/ 64s(最大)。图11-3 晶闸管热字时序图在一帧晶闸管热字数据中,位0为起始位;位1为阀1标志,“1”表示当前热字数据对应阀1,“0”表示当前结温对应阀212;位212为晶闸管热字值;位13为监视信息允许返回标志位,“1”表示允许VBE返回监视信息,“0”表示不允许;位14为奇偶校验位;位15为结束标志位。在正常运行
25、情况下,各阀所对应的晶闸管热字总是从阀1至阀12顺序循环发送。H400换流阀控制设备在设计时充分考虑了一次系统运行状况及自身可能出现的异常工况,采用了完备的可靠性设计措施,能够保证设备在一次系统正常或故障条件下均能正常工作;并且,在任何情况下都不会因为工作不当或自身异常而造成换流阀损坏。H400换流阀控制设备的可靠性设计措施如下:1)双冗余设计:VBE内部具有两条互为冗余备用的数据处理通道,任何一条通道出现故障,可由控制保护系统切换至另一条通道,切换过程平滑无扰动。2)实时自检:运行中,VBE不断对自身的电源、电路板、通道的工作状况以及通道选择信号等进行实时检查,一旦发现异常,将立即启动相应的
26、处理措施。GU对自身及通信、电源等也持续进行实时检查。若发生通信异常或电源失电的故障状态,则通过监视信息上报至VBE,以便VBE采取对应的处理措施。另外,H400换流阀控制设备仅根据控制保护系统的命令及换流阀的当前状态完成换流阀的控制与保护,其工作不会受对端换流站状况的影响。因此,即使直流通信系统完全停运,换流阀控制设备也能够根据控制保护系统的命令对换流阀实施有效的控制。在控制保护系统满足要求的前提下,不会因控制不当而对直流系统在上述交流系统故障期间的性能和故障后的恢复特性产生任何影响。2.4.3 换流阀保护2.4.3.1 晶闸管级保护每个晶闸管级配备的GU能够为本晶闸管级提供恢复保护、dv/
27、dt保护、过电压(VBO)保护和补脉冲保护,具体功能如下:1)正向恢复保护:在晶闸管关断后的恢复期内,晶闸管承受正向电压的能力有限。此时,即使承受较低的正向电压,晶闸管也可能会因强制击穿而损坏。为此,GU提供了恢复保护功能,即,如果从晶闸管阻断到承受正向电压的时间间隔低于阈值,GU将触发晶闸管,使之再次正常导通,从而避免晶闸管被破坏性击穿。GU的正向恢复保护动作时间阈值随晶闸管热字而变化。2)dv/dt保护:换流站内故障可能导致换流阀两端出现很陡的正向暂态dv/dt电压,可能引起晶闸管强制击穿而损坏。为此,GU提供了dv/dt保护功能,即,当晶闸管两端的dv/dt超过阈值时,GU将触发晶闸管,
28、使之正常导通,以避免晶闸管被破坏性击穿。GU的dv/dt保护动作阈值随晶闸管热字而变化。3)VBO保护:晶闸管关断后,即使晶闸管的阻断能力已完全恢复,其耐受电压能力仍然有限。若晶闸管承受的正向电压过大,同样会使晶闸管因强制击穿导通而损坏。过电压保护就是在晶闸管两端的正向电压超过了VBO保护的动作阈值时触发晶闸管,使之正常导通,从而避免晶闸管被破坏性击穿。GU的VBO保护动作阈值随晶闸管热字而变化。4)补脉冲保护:当流过换流阀的电流较小时,换流阀可能在其应该导通的区间内出现断流现象。此时,GU将再次发出触发脉冲,以维持晶闸管处于导通状态,从而避免晶闸管在应导通的时间内截止或因截止后直接承受正向电
29、压而损坏。2.4.3.2 单阀保护VBE根据控制保护系统提供的热字、GU返回的监视信息以及检漏计返回的监视信息,对各个换流阀采取完善的保护措施,具体功能如下:1)重触发:当单个换流阀内保护触发的晶闸管级数超过冗余级数时,其它晶闸管级将承受危险的过电压,此时,VBE将重触发整个换流阀;2)阀冗余丢失:当单阀内损坏的晶闸管级数或GU储能异常的个数等于冗余级数时,VBE将发出报警信息;3)阀冗余越限:当单阀内损坏的晶闸管级数或GU储能异常的个数超过冗余级数时,VBE将向控制保护系统发出跳闸请求;4)VBO动作越限:在单次触发过程中,若单阀内发生过电压(VBO)保护触发的晶闸管级数达到某阈值,VBE将
30、发出报警信息;5)VBO连续动作越限:当单阀内发生过电压(VBO)保护触发的晶闸管级数超过某阈值且这种现象长时间持续出现时,VBE将向控制保护系统发出跳闸请求;6)冷却系统轻微泄漏:当冷却系统泄漏监视器返回的光信号表明冷却系统已发生轻微泄漏时,VBE将发出报警信息;7)冷却系统严重泄漏:当冷却系统泄漏监视器返回的光信号表明冷却系统已发生严重泄漏时,VBE将向控制保护系统发出报警信息。2.4.3.3 换流阀监控设备故障保护为确保系统通信畅通,VBE将实时检查与控制保护系统、GU之间的通信状况,以及自身的工作状况。若发现异常,VBE将采取相应的保护措施,以保证换流阀安全,这包括:1)电源自检:若V
31、BE双冗余供电电源中的一路出现异常时,VBE仍能够保持正常工作,但将发出报警信息;若VBE双电源均已不能维持VBE正常工作,则VBE将闭锁换流阀并发出跳闸请求;2)PCB互锁:若VBE的功能单元(即各PCB电路板)没能放置在正确位置,则VBE将闭锁换流阀并发出跳闸请求;3)光收发板故障:若VBE中某个光收发板严重故障,则VBE将闭锁换流阀并发出跳闸请求;4)光收发板丢失:若VBE中某个光收发板丢失,则VBE将闭锁换流阀并发出跳闸请求;5)通道故障:VBE对两个数据处理通道进行实时监视,包括VBE与控制保护系统的通信、VBE与GU的通信、本通道内各电子元件的状态等,若发现故障,则向控制保护系统的
32、切换单元发出“切换请求”,请求切换单元切换另一通道作为控制GU的主通道;当两个数据通道都发生故障时VBE将延时一段时间后闭锁换流阀并发出跳闸请求;6)通道选择无效:正常情况下,VBE收到的切换单元对数据处理通道的选择结果是互斥的,即只能选择两通道中的一个来控制GU,若通道选择信号选择两通道同时控制GU或未选择任何通道,而且,这样的状态持续时间超过5ms,则VBE的两通道将同时发出切换请求,从而使控制保护系统闭锁换流阀并发出跳闸命令;7)未预期的数据返回:若被屏蔽(不需要返回数据)的晶闸管级返回监视信息,则VBE将发出跳闸请求。换流阀的各项保护触发判据都是根据晶闸管的运行特性来确定的。不危及换流
33、阀安全的电气环境不会引起保护触发动作。由于换流阀的电气设计已经充分考虑了最大甩负荷工频过电压及换相过冲的影响,因此,在最大甩负荷工频过电压下,阀的保护触发不会因逆变换相暂态过冲而动作,也不会影响此后直流系统的恢复。另外,正常控制过程中的触发角快速变化也不会引起保护触发动作。3 换流阀避雷器设计技术研究3.1 换流阀避雷器电气设计避雷器是换流阀中过电压的主要保护装置。换流阀的各种运行工况不会导致避雷器的加速老化或其它损伤,同时避雷器应在各种过电压条件下有效保护换流阀,根据仿真分析结果和避雷器的当前制造水平,确定该工程用阀避雷器的设计参数如下:表2 阀避雷器的技术参数表参数名称单位银川东青岛CCO
34、VkV(peak)415400PCOVkV(peak)502483.9避雷器额定电压kV(rms)344331工频参考电压UrefkV(rms)344331工频参考电流mA(基波阻性电流峰值)1512直流5mA参考电压kV47045575%直流5mA参考电压下的泄漏电流A2502001/2s 陡波冲击电流时的最高残压 kV(peak)/kA(peak)716/3.6692/3.68/20s雷电冲击 电流下的最高残压kV(peak)/kA(peak)632/1611/130/60s 操作冲击电流下的最高残压kV(peak)/kA(peak)667/5642/4.54/10s大电流冲击耐受电流值k
35、A(peak)51004100压力释放能力(大电流/小电流)kA(rms)40/0.840/0.82ms方波耐受电流A(peak)5180041800能量吸收能力kJ 10000 7400CCOV/下电流全电流mA(rms)108阻性电流mA(基波峰值)3.753局部放电试验电压下(1.05*CCOV)/pC1010并联柱数柱54柱间电流分布不均匀系数1.11.1避雷器的最小爬电距离mm1080010800吸收最大能量后避雷器的最高温升C7575每只避雷器重量kg930880二重阀塔阀避雷器连接串重量kg191018103.2 阀避雷器试验 阀避雷器的例行试验和型式试验分别见表3和表4.表3
36、阀避雷器的例行试验项目序号试验项目1外套的外观检查2阻性电流试验3配合电流的残压试验4工频参考电压试验5直流参考电压试验60.75倍直流参考电压下泄漏电流试验7密封试验8局部放电试验9多柱避雷器的电流分布试验表4 阀避雷器的型式试验项目序号试验项目1外观检查2爬电距离检查3持续电流试验4残压试验:1)陡波冲击电流残压试验;2)雷电冲击电流残压试验;3)操作冲击电流残压试验5工频参考电压试验6直流参考电压试验70.75倍直流参考电压下泄漏电流试验8动作负载试验:1)老化试验;2)有显著持续运行电压避雷器的动作负载试验9密封试验10外套的绝缘耐受试验11压力释放试验:1)大电流压力释放试验;2)小
37、电流压力释放试验12局部放电和无线电干扰电压试验13多柱避雷器的电流分布试验14机械负荷试验15热等价特性试验4 换流阀的例行试验和型式试验4.1 例行试验换流阀的例行试验在换流阀的模块上进行,例行试验项目包括:1)功能试验(VTE试验)2)交流电压耐受试验3)水路试验4)高电压重复触发试验5)热运行试验6)压力试验7)排水和密封8)阀组件操作冲击试验9)重复功能试验4.2 型式试验换流阀的绝缘型式试验在一个二重阀上进行,运行型式试验在阀组件上进行,运行试验阀组件的数量为一个单阀的阀组件数量,型式试验项目包括:换流阀型式试验项目包括:1. 阀悬吊/支承结构的绝缘试验l 直流耐压试验l 交流耐压试验l 操作冲击试验l 雷电冲击试验l 陡波前冲击试验2. 多(二)重阀单元绝缘试验l 直流耐压试验l 操作冲击试验l 雷电冲击试验l 陡波前冲击试验3. 单阀绝缘试验l 直流耐压试验l 交流耐压试验l 操作冲击试验l 雷电冲击试验l 陡波前冲击试验l 非周期触发试验(含电磁兼容试验)l 湿态直流耐压试验l 湿态操作冲击试验4. 运行试验l 最大连续运行负载试验l 最大暂态运行负载试验l 最小交流电压试验l 暂态低电压试验l 直流电流断续试验l 晶闸管恢复期暂态正向电压试验l 保护触发连续动作试验l 短路电流试验l 阀损耗试验21