晶閘管閥組高壓側(cè)觸發(fā)能量耦合獲取單元

為提高串聯(lián)諧振型故障限流器(seriesresonantfaultcurrentlimiter,srfcl)旁路電路的可靠性,減小諧振電容的氧化鋅避雷器(mov)能量消耗,研究了晶閘管閥自觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作電壓閾值設(shè)計(jì)方法。限流器控制器失靈是最惡劣的故障態(tài),只能依賴晶閘管閥自觸發(fā)保護(hù)即擊穿二極管觸發(fā)晶閘管(breakoverdiode,bod)。設(shè)計(jì)了bod動(dòng)作時(shí)序,從動(dòng)作時(shí)間和避雷器能耗角度分析閾值影響因素。bod動(dòng)作電壓閾值決定了晶閘管閥過電壓保護(hù)水平和觸發(fā)時(shí)間。電壓閾值設(shè)置低,bod保護(hù)會(huì)和保護(hù)判據(jù)競(jìng)爭(zhēng);電壓閾值設(shè)置高,避雷器能耗水平會(huì)提高。以華東電網(wǎng)限流器示范工程為背景,建立限流器仿真模型,通過大量仿真計(jì)算,總結(jié)了電壓閾值變化對(duì)避雷器能耗水平影響規(guī)律,提出了電壓閾值設(shè)計(jì)指標(biāo)。研究結(jié)果對(duì)工程設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

大功率晶閘管閥組是靜止無功功率補(bǔ)償設(shè)備中的關(guān)鍵器件,筆者簡(jiǎn)要介紹了a電氣公司自主研發(fā)的pcs-9580型靜止無功補(bǔ)償器中的晶閘管閥組,重點(diǎn)分析了其中晶閘管的選取原則、多級(jí)串聯(lián)的配置方案以及保護(hù)。通過利用晶閘管控制單元,實(shí)現(xiàn)主高壓回路與控制系統(tǒng)的接口,最后詳細(xì)闡述了采用高純度水作為冷卻介質(zhì)的水冷回路。

針對(duì)現(xiàn)有晶閘管電磁式觸發(fā)和監(jiān)控系統(tǒng)的不足,提出了適用于高電壓、大電流晶閘管閥組的光電觸發(fā)和監(jiān)控方式。介紹了其功能、原理和構(gòu)成。

為滿足晶閘管投切電容器(tsc)裝置可靠性及其試驗(yàn)方法和試驗(yàn)等效機(jī)理研究的需要,重點(diǎn)研究了tsc裝置的核心部件——高壓晶閘管閥在過電流故障狀態(tài)下的失效機(jī)理。首先介紹了tsc系統(tǒng)及其閥的結(jié)構(gòu)以及過電流故障形成的原因和特征,并給出了過電流的數(shù)學(xué)方程和仿真波形。然后按照過電流故障的不同發(fā)展階段對(duì)tsc閥的電流、電壓和熱等應(yīng)力進(jìn)行了解析分析。在上述基礎(chǔ)上,結(jié)合器件的物理特性,對(duì)tsc閥各個(gè)元件在各種故障應(yīng)力下的內(nèi)部物理過程進(jìn)行了分析。最終得到了tsc閥在過電流故障的不同發(fā)展階段的失效模式和失效指標(biāo),從而揭示了tsc高壓晶閘管閥的過電流失效機(jī)理。

在不改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的情況下,故障電流限制器作為一種全新的解決方案可用來解決由于負(fù)荷中心大電源投入和系統(tǒng)互聯(lián)所引起的系統(tǒng)短路電流增加的問題。主要側(cè)重于故障電流限制器的晶閘管閥觸發(fā)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究。首先,介紹故障電流限制器的結(jié)構(gòu)以及工作原理;然后介紹晶閘管閥觸發(fā)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成,重點(diǎn)突出觸發(fā)系統(tǒng)的原理、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理和te板的原理以及各自的實(shí)現(xiàn)方式,并提出了一種vbe與te板之間的可實(shí)現(xiàn)邏輯時(shí)序;最后,通過低壓試驗(yàn)驗(yàn)證了晶閘管觸發(fā)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性。

靜止無功補(bǔ)償裝置(svc)作為一項(xiàng)成熟技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線補(bǔ)償,并且那些使用大功率晶閘管的svc已被看作是柔性交直流輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。其中晶閘管投切電抗器(tcr)是svc的最重要組成部分之一,它一般與固定電容器或晶

晶閘管閥組中主要元器件參數(shù)的設(shè)計(jì)與型號(hào)的選取一直被業(yè)內(nèi)人士所重視,但閥組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要元器件的安裝與導(dǎo)線的走線方式往往被忽略或得不到足夠重視。本文首先描述了實(shí)際工程中閥組運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題,并采取措施分析出現(xiàn)問題的原因,進(jìn)而針對(duì)本工程阻容吸收安裝接線的問題采取相應(yīng)的整改措施,最終保證了晶閘管閥組的正常運(yùn)行。

介紹了反向觸發(fā)雙極晶閘管(rsd)開關(guān)的結(jié)構(gòu)和觸發(fā)工作原理,分析了rsd組件設(shè)計(jì)要求,利用兩級(jí)觸發(fā)原理研制了12kv高壓rsd組件及其觸發(fā)系統(tǒng),工作電壓10～12kv。試驗(yàn)結(jié)果表明:該高壓rsd串聯(lián)組件觸發(fā)穩(wěn)定,工作可靠,12kv工作電壓下峰值電流可達(dá)133ka,傳輸電荷24c,電流變化率可達(dá)4.12ka/μs,導(dǎo)通的峰值功率可達(dá)1.6gw。

高壓直流輸電中的換流閥和svc中tcr或tsc閥體,都是由晶閘管級(jí)串聯(lián)組成的。每個(gè)晶閘管級(jí)由直流均壓電路、交流均壓電路、晶閘管控制單元和晶閘管組成,其中晶閘管控制單元是核心。本文首先指出高壓串聯(lián)硅堆中晶閘管控制單元所必須具有的幾個(gè)基本功能;然后以大量的實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ),深入剖析了晶閘管控制單元的功能和原理,最后指出了該裝置在研制過程中應(yīng)該注意的一些事項(xiàng)。

簡(jiǎn)要論述了各種高壓晶閘管閥的運(yùn)行試驗(yàn)方法(合成試驗(yàn)方法),對(duì)現(xiàn)有的用于完成高壓晶閘管閥合成試驗(yàn)的各種專用試驗(yàn)裝置進(jìn)行了分析比較。設(shè)計(jì)了一套用于各種高壓晶閘管閥的合成試驗(yàn)裝置,包括主電路設(shè)計(jì),控制、保護(hù)策略研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì),調(diào)試結(jié)果證明了合成試驗(yàn)裝置的研制是成功的,為我國大功率電力電子技術(shù)的研究與開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。

為分析高壓直流晶閘管閥故障電流下的反向電壓特性,采用電路拓?fù)淠Ｐ头治龇?建立了故障電流下反向分析的數(shù)學(xué)模型,并建立相應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)分析方法進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)晶閘管結(jié)溫、阻尼電阻電容參數(shù)、電流變化率和正向電流4個(gè)參數(shù)的影響進(jìn)行了分析,并用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真計(jì)算。分析結(jié)果表明:晶閘管結(jié)溫、電流變化率和正向電流均可導(dǎo)致反向恢復(fù)電荷的改變,從而對(duì)反向恢復(fù)電壓造成影響;阻尼電阻電容一定時(shí),有唯一阻尼電阻使反向電壓最小。結(jié)果驗(yàn)證了該仿真分析方法的可行性,且具有較高的精確度。

分析了幾種國外的復(fù)合“全工況”試驗(yàn)裝置的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)國際大電網(wǎng)會(huì)議(cigre)關(guān)于高壓串聯(lián)閥電流強(qiáng)度技術(shù)導(dǎo)則和iec關(guān)于靜止無功補(bǔ)償器(svc)閥及高壓直流(hvdc)閥的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),提出了一種新型通用復(fù)合“全工況”試驗(yàn)裝置的主電路方案。通過改進(jìn)高壓諧振回路,完善了svc、可控串補(bǔ)(tcsc)雙向閥的運(yùn)行試驗(yàn)電路;將大電流源改為交直流兩套電源系統(tǒng),將高電壓回路參數(shù)的電壓提高至75kv,該主電路方案適用于±600kv級(jí)hvdc單向閥組件和svc、tcsc雙向閥的運(yùn)行試驗(yàn)。

分析和比較了瑞士abb、瑞典abb、toshiba和siemens公司的幾種高壓晶閘管閥過電流試驗(yàn)回路的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)國際大電網(wǎng)會(huì)議(cigre)關(guān)于高壓串聯(lián)閥電流電壓強(qiáng)度的技術(shù)導(dǎo)則以及國際電工委員會(huì)關(guān)于靜止無功補(bǔ)償裝置閥和高壓直流閥的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求,提出了一種新型過電流試驗(yàn)回路的主電路方案:由大電流源提供加熱電流,由諧振回路提供過電流及相應(yīng)的閉鎖電壓,由高電壓回路輔助實(shí)現(xiàn)高壓直流閥的特殊試驗(yàn)要求。該試驗(yàn)回路調(diào)節(jié)更靈活、試驗(yàn)?zāi)Ｊ礁?、試?yàn)?zāi)芰σ泊鬄樘岣?高電壓回路的電壓參數(shù)提高至80kv,過電流峰值提高到47ka,頻率范圍擴(kuò)展到50~350hz。

針對(duì)萊鋼寬厚板廠高壓水除鱗閥組存在缺陷的問題進(jìn)行了分析，并提出了一系列應(yīng)對(duì)措施。本文介紹了對(duì)除鱗閥組的改進(jìn)方案并得到了成功應(yīng)用。

高壓直流換流閥用飽和電抗器的作用是抑制流經(jīng)晶閘管的電流變化率,限制晶閘管產(chǎn)生的電壓,提高晶閘管換流閥分布電壓的均勻性。主要研究高壓直流換流閥用飽和電抗器的理論設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)排布及線圈選取等方法,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

碳化硅是發(fā)展最為成熟的新型寬禁帶半導(dǎo)體材料,且碳化硅功率器件近期已開始代替常規(guī)的硅基器件。以典型的±800kv,額定電流為5ka的高壓直流輸電工程為實(shí)例,建立了換流閥基本組件的電氣模型,用pscad/emtdc仿真軟件搭建了換流器仿真電路,研究碳化硅晶閘管在高壓直流換流閥中的應(yīng)用。對(duì)基于碳化硅晶閘管和普通硅晶閘管的直流換流閥電氣特性和損耗進(jìn)行仿真結(jié)果比較。計(jì)算結(jié)果表明:用碳化硅晶閘管來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅晶閘管,可以在不同的觸發(fā)角和工況下大幅減少系統(tǒng)的功率損耗。最后估算了在直流工程中使用碳化硅晶閘管閥帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

高壓直流輸電晶閘管閥關(guān)斷產(chǎn)生的電壓應(yīng)力是其電氣特性研究的重要內(nèi)容之一。對(duì)關(guān)斷電壓應(yīng)力分析的原有電路模型作了改進(jìn),拓展了模型適用范圍,推導(dǎo)出晶閘管閥關(guān)斷電壓應(yīng)力分析的拉普拉斯解析方程,并對(duì)晶閘管閥換相關(guān)斷的電壓應(yīng)力作了較為全面深入的分析,得到各種運(yùn)行條件和各類電路參數(shù)變化時(shí)關(guān)斷電壓應(yīng)力的變化情況,總結(jié)出了其中的關(guān)鍵因素。從計(jì)算和仿真結(jié)果來看,分析方法是可行的,并具有較高的精確度。

針對(duì)傳統(tǒng)交流接觸器無法在高壓環(huán)境下滅弧的問題,提出了一種新的交流接觸器觸發(fā)控制系統(tǒng).該系統(tǒng)以高壓雙向晶閘管為主體分流結(jié)構(gòu),通過光纖通訊的技術(shù)將低電位的觸發(fā)信號(hào)傳送到高電位的晶閘管門極來實(shí)現(xiàn)晶閘管的觸發(fā).該無弧交流接觸器高壓晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)克服了電磁干擾且實(shí)現(xiàn)了高低壓電隔離,解決了在高壓環(huán)境下的交流接觸器產(chǎn)生電弧的問題,大大提高了接觸器的電壽命.

以高溫高壓核電閘閥為研究對(duì)象,分析了流固熱三場(chǎng)耦合的原理。數(shù)值模擬后得到流體的壓力、速度和溫度分布,以及閘閥的變形和應(yīng)力分布。通過對(duì)閘閥施加載荷,分析壓力和溫度對(duì)閘閥性能的影響。模擬結(jié)果顯示,流體在閥座部位產(chǎn)生壓力波動(dòng),并在底部產(chǎn)生渦流,流體壓力能轉(zhuǎn)換成熱能。在不限制閘閥整體自由變形的情況下,因熱產(chǎn)生的變形較大,因流體壓力產(chǎn)生的應(yīng)力較大,熱變形能減小閘閥因流體壓力作用而產(chǎn)生的應(yīng)力。

高壓細(xì)水霧區(qū)域閥組控制噴頭的數(shù)量 dn20區(qū)域閥組（開式8mpa）： k=0.5開式噴頭，約50只； k=0.7開式噴頭，約35只； k=0.9開式噴頭，約27只； k=1.1開式噴頭，約22只； k=1.2開式噴頭，約20只。 dn25區(qū)域閥組（開式8mpa）： k=0.5開式噴頭，約80只； k=0.7開式噴頭，約57只； k=0.9開式噴頭，約44只； k=1.1開式噴頭，約36只； k=1.2開式噴頭，約33只。 dn32區(qū)域閥組（開式8mpa）： k=0.5開式噴頭，約120只； k=0.7開式噴頭，約85只； k=0.9開式噴頭，約66只；

介紹了三峽至常州±500kv高壓直流輸電用晶閘管閥體結(jié)構(gòu);并從電力電子器件、晶閘管控制單元、晶閘管模塊、電抗器、冷卻系統(tǒng)和絕緣防火結(jié)構(gòu)等幾方面,分析了瑞士abb公司提供的高壓晶閘管閥技術(shù)特點(diǎn),以及高壓換流閥技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

為滿足我國特高壓直流輸電發(fā)展和建設(shè)的需要,提出了滿足±1100kv特高壓工程換流閥運(yùn)行試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)±1100kv特高壓工程規(guī)范,提出了預(yù)期運(yùn)行試驗(yàn)參數(shù),從運(yùn)行試驗(yàn)系統(tǒng)的一次電氣原理設(shè)計(jì)、二次控制保護(hù)設(shè)計(jì)和測(cè)量監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)3個(gè)方面進(jìn)行討論和研究,最終通過仿真手段對(duì)電氣原理和控制系統(tǒng)原理進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,±1100kv特高壓工程換流閥運(yùn)行試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是可行的,可以滿足所有運(yùn)行試驗(yàn)的要求,更加符合換流閥設(shè)計(jì)的特點(diǎn),能夠達(dá)到試驗(yàn)檢測(cè)目的。該試驗(yàn)回路建成,可以滿足±1100kv工程閥15級(jí)串聯(lián)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn),也將成為世界上容量最大的運(yùn)行試驗(yàn)回路,可以為我國±1100kv直流輸電工程研發(fā)和工程建設(shè)提供保障。