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)保護動作電壓閾值設(shè)計方法。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)保護即擊穿二極管觸發(fā)晶閘管(breakoverdiode,bod)。設(shè)計了bod動作時序,從動作時間和避雷器能耗角度分析閾值影響因素。bod動作電壓閾值決定了晶閘管閥過電壓保護水平和觸發(fā)時間。電壓閾值設(shè)置低,bod保護會和保護判據(jù)競爭;電壓閾值設(shè)置高,避雷器能耗水平會提高。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,通過大量仿真計算,總結(jié)了電壓閾值變化對避雷器能耗水平影響規(guī)律,提出了電壓閾值設(shè)計指標(biāo)。研究結(jié)果對工程設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

大功率晶閘管閥組是靜止無功功率補償設(shè)備中的關(guān)鍵器件,筆者簡要介紹了a電氣公司自主研發(fā)的pcs-9580型靜止無功補償器中的晶閘管閥組,重點分析了其中晶閘管的選取原則、多級串聯(lián)的配置方案以及保護。通過利用晶閘管控制單元,實現(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方法和試驗等效機理研究的需要,重點研究了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tsc閥的電流、電壓和熱等應(yīng)力進行了解析分析。在上述基礎(chǔ)上,結(jié)合器件的物理特性,對tsc閥各個元件在各種故障應(yīng)力下的內(nèi)部物理過程進行了分析。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)測系統(tǒng)的構(gòu)成,重點突出觸發(fā)系統(tǒng)的原理、監(jiān)測系統(tǒng)的原理和te板的原理以及各自的實現(xiàn)方式,并提出了一種vbe與te板之間的可實現(xiàn)邏輯時序;最后,通過低壓試驗驗證了晶閘管觸發(fā)與監(jiān)測系統(tǒng)的可行性。

靜止無功補償裝置(svc)作為一項成熟技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補償和輸電線補償,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)計與型號的選取一直被業(yè)內(nèi)人士所重視,但閥組結(jié)構(gòu)設(shè)計、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。本文首先描述了實際工程中閥組運行過程中出現(xiàn)的問題,并采取措施分析出現(xiàn)問題的原因,進而針對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)計要求,利用兩級觸發(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133ka,傳輸電荷24c,電流變化率可達4.12ka/μs,導(dǎo)通的峰值功率可達1.6gw。

高壓直流輸電中的換流閥和svc中tcr或tsc閥體,都是由晶閘管級串聯(lián)組成的。每個晶閘管級由直流均壓電路、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基本功能;然后以大量的實際應(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。

簡要論述了各種高壓晶閘管閥的運行試驗方法(合成試驗方法),對現(xiàn)有的用于完成高壓晶閘管閥合成試驗的各種專用試驗裝置進行了分析比較。設(shè)計了一套用于各種高壓晶閘管閥的合成試驗裝置,包括主電路設(shè)計,控制、保護策略研究與系統(tǒng)設(shè)計,調(diào)試結(jié)果證明了合成試驗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)提供了堅實的試驗基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。

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?zāi)Ｐ蛯Ψ治龇椒ㄟM行驗證。對晶閘管結(jié)溫、阻尼電阻電容參數(shù)、電流變化率和正向電流4個參數(shù)的影響進行了分析,并用數(shù)學(xué)模型進行仿真計算。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,從而對反向恢復(fù)電壓造成影響;阻尼電阻電容一定時,有唯一阻尼電阻使反向電壓最小。結(jié)果驗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”試驗裝置的工作原理和優(yōu)缺點,根據(jù)國際大電網(wǎng)會議(cigre)關(guān)于高壓串聯(lián)閥電流強度技術(shù)導(dǎo)則和iec關(guān)于靜止無功補償器(svc)閥及高壓直流(hvdc)閥的試驗標(biāo)準(zhǔn),提出了一種新型通用復(fù)合“全工況”試驗裝置的主電路方案。通過改進高壓諧振回路,完善了svc、可控串補(tcsc)雙向閥的運行試驗電路;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hvdc單向閥組件和svc、tcsc雙向閥的運行試驗。

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回路的工作原理及其優(yōu)缺點。根據(jù)國際大電網(wǎng)會議(cigre)關(guān)于高壓串聯(lián)閥電流電壓強度的技術(shù)導(dǎo)則以及國際電工委員會關(guān)于靜止無功補償裝置閥和高壓直流閥的試驗標(biāo)準(zhǔn)的要求,提出了一種新型過電流試驗回路的主電路方案: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現(xiàn)高壓直流閥的特殊試驗要求。該試驗回路調(diào)節(jié)更靈活、試驗?zāi)Ｊ礁?、試驗?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,頻率范圍擴展到50~350hz。

針對萊鋼寬厚板廠高壓水除鱗閥組存在缺陷的問題進行了分析，并提出了一系列應(yīng)對措施。本文介紹了對除鱗閥組的改進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、結(jié)構(gòu)排布及線圈選取等方法,具有一定的實際應(yīng)用價值。

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行仿真結(jié)果比較。計算結(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。對關(guān)斷電壓應(yīng)力分析的原有電路模型作了改進,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,得到各種運行條件和各類電路參數(shù)變化時關(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)信號傳送到高電位的晶閘管門極來實現(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象,分析了流固熱三場耦合的原理。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。通過對閘閥施加載荷,分析壓力和溫度對閘閥性能的影響。模擬結(jié)果顯示,流體在閥座部位產(chǎn)生壓力波動,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,以及高壓換流閥技術(shù)發(fā)展趨勢。

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行試驗系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)±1100kv特高壓工程規(guī)范,提出了預(yù)期運行試驗參數(shù),從運行試驗系統(tǒng)的一次電氣原理設(shè)計、二次控制保護設(shè)計和測量監(jiān)測設(shè)計3個方面進行討論和研究,最終通過仿真手段對電氣原理和控制系統(tǒng)原理進行了驗證。研究結(jié)果表明,±1100kv特高壓工程換流閥運行試驗系統(tǒng)設(shè)計是可行的,可以滿足所有運行試驗的要求,更加符合換流閥設(shè)計的特點,能夠達到試驗檢測目的。該試驗回路建成,可以滿足±1100kv工程閥15級串聯(lián)同時進行運行試驗,也將成為世界上容量最大的運行試驗回路,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。