CN205178904U - 一种特高压直流换流阀的主电路 - Google Patents
一种特高压直流换流阀的主电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种特高压直流换流阀的主电路，包括A相主电路、B相主电路和C相主电路；所述A相主电路、B相主电路和C相主电路的输入端连接换流变压器出线端，三者的输出端均连接高压直流母线和低压直流母线。本实用新型提供的特高压直流换流阀的主电路结构，改变了传统换流阀饱和电抗器的布置方式，实现更好的冲击电压耐受特性，降低换流阀体积，便于结构布局，隔离运行中的振动，避免随机干扰对通信、检测系统的干扰。
Description
技术领域
本实用新型属于高压直流输电领域，具体涉及一种特高压直流换流阀的主电路。
背景技术
特高压直流输电是解决我国能源资源与能源需求逆向分布，促进资源优化配置和节能减排，实现远距离、大容量电能输送的重要关键技术。换流阀是交直流电能转换的核心单元，是强弱电耦合、多学科交叉的复合型技术，综合性强、技术难度极高，被列入“国家支持发展的重大技术装备和产品”目录。
高压直流输电工程的电压等级经历了±300kV，±500kV，±660kV等几个电压等级，目前的电压等级已经高达±800kV，更高的±1100kV电压等级也正在研究中。而换流阀电路拓扑结构则长期沿用最早的±100kV换流阀电路，这种电路结构的换流阀实体在高电压等级的工程运行中面临着发热、振动、冷却等方面的挑战和难题。
特高压直流换流阀利用晶闸管作为主要部件构造换流阀。由于晶闸管单管耐压低，一般最多不超过10kV，对于动辄几百千伏的直流输电工程来说，其耐压显然不够。因此一般用几十甚至几百个晶闸管串联组成换流器的桥臂，尤其是特高压直流输电换流阀，其所需晶闸管串联数甚至更多。晶闸管只允许电流单向且可控流动，相当于阀的作用，因此换流器桥臂又叫换流阀。换流阀由单个晶闸管和它的电子部分(包括门极触发放大电路、监控电路等)、散热器和吸收电路组成晶闸管级。若干晶闸管级与饱和电抗器相串联，主要用以抑制阀开通过程中出现过大的di/dt值，以及抑制冲击电压下晶闸管的电压应力等。
当前特高压直流换流阀长期沿用此前±100kV换流阀的电路结构。特高压直流输电换流阀最高电压等级逐渐提升，输送容量逐步增大，但直流输电换流阀的技术路线基本没变，造成换流阀元件数量和尺寸均增加，阀塔体积、重量相对较大、占地面积相应增大。通过工程实践检验，特高压换流阀在运行过程中，表现出多种安全隐患，饱和电抗器振动引起阀塔整体振动程度较大，造成信号干扰、固定螺丝、触发光纤接头松动等诸多不利影响；均压电阻发热严重，容易造成温升过高；换流阀体积增大，增加爆炸起火风险；换流阀系统电压分布不均匀程度增加，导致高压端的晶闸管因承受电压过高而加速老化，元件的利用率降低的等。为应对直流输电工程电压电流水平提高所带来的新问题，进一步全面提升自主研发高压直流输电换流阀的各项性能，提高产品技术经济优势，增强竞争力。
上述问题和挑战的产生，与饱和电抗器的布置方式有着直接关系。传统电路结构中，饱和电抗器与晶闸管级分散式临近布置，即，若干个晶闸管级与饱和电抗器直接串联，构成一个功能单元，称为阀组件。在阀组件内，晶闸管级和饱和电抗器距离近，在机械结构上整体固定，因此易产生相互干扰。此外，饱和电抗器体积庞大，临近布置也造成阀整体体积庞大。为了解决上述技术问题和挑战，需要提出新型的换流阀电路结构，实现饱和电抗器等关键零部件的布局方式的优化。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种特高压直流换流阀的主电路，改变了传统换流阀饱和电抗器的布置方式，实现更好的冲击电压耐受特性，降低换流阀体积，便于结构布局，隔离运行中的振动，避免随机干扰对通信、检测系统的干扰。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：
本实用新型提供一种特高压直流换流阀的主电路，所述主电路包括A相主电路、B相主电路和C相主电路；所述A相主电路、B相主电路和C相主电路的输入端连接换流变压器出线端，三者的输出端均连接高压直流母线和低压直流母线。
所述A相主电路包括相饱和电抗器SRA、阀饱和电抗器SV1、阀饱和电抗器SV4、阀避雷器SA1、阀避雷器SA4、晶闸管T1和晶闸管T4。
所述阀饱和电抗器SV1、晶闸管T1和相饱和电抗器SRA依次串联，形成SV1-T1-SRA支路，所述SV1-T1-SRA支路与阀避雷器SA1并联，所述阀避雷器SA1一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV4、晶闸管T4和相饱和电抗器SRA依次串联，形成SV4-T4-SRA支路，所述SA4-T4-SRA支路与阀避雷器SA4并联，所述阀避雷器SA4一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
所述B相主电路包括相饱和电抗器SRB、阀饱和电抗器SV3、阀饱和电抗器SV6、阀避雷器SA3、阀避雷器SA6、晶闸管T3和晶闸管T6。
所述阀饱和电抗器SV3、晶闸管T3和相饱和电抗器SRB依次串联，形成SV3-T3-SRB支路，所述SV3-T3-SRB支路与阀避雷器SA3并联，所述阀避雷器SA3一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV6、晶闸管T6和相饱和电抗器SRB依次串联，形成SV6-T6-SRB支路，所述SV6-T6-SRB支路与阀避雷器SA6并联，所述阀避雷器SA6一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
所述C相主电路包括相饱和电抗器SRC、阀饱和电抗器SV5、阀饱和电抗器SV2、阀避雷器SA5、阀避雷器SA2、晶闸管T5和晶闸管T2。
所述阀饱和电抗器SV5、晶闸管T5和相饱和电抗器SRC依次串联，形成SV5-T5-SRC支路，所述SV5-T5-SRC支路与阀避雷器SA5并联，所述阀避雷器SA5一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV2、晶闸管T2和相饱和电抗器SRC依次串联，形成SV2-T2-SRC支路，所述SV2-T2-SRC支路与阀避雷器SA2并联，所述阀避雷器SA6一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
(1)本专利公开的主电路将整个单阀的饱和电抗器集中在一起，有效隔离了饱和电抗器运行振动对晶闸管和触发监测系统的影响，提高了换流阀整体运行可靠性；
(2)本专利公开的主电路将饱和电抗器与晶闸管级分隔为两个相对的功能单元，晶闸管级的布置方式可以更灵活；
(3)本实用新型公开的电路实现了同相两个单阀相饱和电抗器的分时复用，减少了饱和电抗器数量，可节约成本，降低体积；
(4)相饱和电抗器与阀饱和电抗器可进行集成化设计，用较少数量的大型饱和电抗器替代现有多个小型饱和电抗器，提高生产效率，降低制造成本。
附图说明
图1是本实用新型实施例中特高压直流换流阀的主电路示意图；
图2是本实用新型实施例中晶闸管开通阶段的电流转移过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型提供一种特高压直流换流阀的主电路，改变传统换流阀饱和电抗器的布置方式，实现更好的冲击电压耐受特性，降低换流阀体积，便于结构布局，隔离运行中的振动，避免随机干扰对通信、检测系统的干扰。
本实用新型提供一种特高压直流换流阀的主电路，如图1，所述主电路包括A相主电路、B相主电路和C相主电路；所述A相主电路、B相主电路和C相主电路的输入端连接换流变压器出线端，三者的输出端均连接高压直流母线和低压直流母线。
所述A相主电路包括相饱和电抗器SRA、阀饱和电抗器SV1、阀饱和电抗器SV4、阀避雷器SA1、阀避雷器SA4、晶闸管T1和晶闸管T4。
所述阀饱和电抗器SV1、晶闸管T1和相饱和电抗器SRA依次串联，形成SV1-T1-SRA支路，所述SV1-T1-SRA支路与阀避雷器SA1并联，所述阀避雷器SA1一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV4、晶闸管T4和相饱和电抗器SRA依次串联，形成SV4-T4-SRA支路，所述SA4-T4-SRA支路与阀避雷器SA4并联，所述阀避雷器SA4一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
所述B相主电路包括相饱和电抗器SRB、阀饱和电抗器SV3、阀饱和电抗器SV6、阀避雷器SA3、阀避雷器SA6、晶闸管T3和晶闸管T6。
所述阀饱和电抗器SV3、晶闸管T3和相饱和电抗器SRB依次串联，形成SV3-T3-SRB支路，所述SV3-T3-SRB支路与阀避雷器SA3并联，所述阀避雷器SA3一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV6、晶闸管T6和相饱和电抗器SRB依次串联，形成SV6-T6-SRB支路，所述SV6-T6-SRB支路与阀避雷器SA6并联，所述阀避雷器SA6一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
所述C相主电路包括相饱和电抗器SRC、阀饱和电抗器SV5、阀饱和电抗器SV2、阀避雷器SA5、阀避雷器SA2、晶闸管T5和晶闸管T2。
所述阀饱和电抗器SV5、晶闸管T5和相饱和电抗器SRC依次串联，形成SV5-T5-SRC支路，所述SV5-T5-SRC支路与阀避雷器SA5并联，所述阀避雷器SA5一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV2、晶闸管T2和相饱和电抗器SRC依次串联，形成SV2-T2-SRC支路，所述SV2-T2-SRC支路与阀避雷器SA2并联，所述阀避雷器SA6一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
图1中，SA表示阀避雷器，SV表示阀饱和电抗器，SR表示相饱和电抗器，T表示晶闸管，Cs表示换流变压器杂感电容，Lc表示换流变压器漏感。
本实用新型公开的主电路主要实现了饱和电抗器布置方式的改变，而饱和电抗器的主要作用发挥于换流阀开通阶段，本申请所公开的主电路在换流阀开通阶段的工作原理如下：
1)特高压直流换流阀开通瞬间，换流变压器的杂散电容中储存的能量会向特高压直流换流阀泄放，在极端工况下，阀避雷器中建立的配合电流会向特高压直流换流阀转移。
2)以A相为例(如图2)假设T4阀承受正向电压即将触发导通，此时T1处于关断状态，相饱和电抗器SRA和阀饱和电抗器SV4通过发挥保护作用，限制T4的开通电流；
3)换流变压器杂散电容和避雷器中建立起来的配合电流，在V1开通瞬间向换流阀转移能量导致浪涌电流，但转移电流均流经相饱和电抗器和阀饱和电抗器，可有效限制开通电流变化率。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种特高压直流换流阀的主电路，其特征在于：所述主电路包括A相主电路、B相主电路和C相主电路；所述A相主电路、B相主电路和C相主电路的输入端连接换流变压器出线端，三者的输出端均连接高压直流母线和低压直流母线。
2.根据权利要求1所述的特高压直流换流阀的主电路，其特征在于：所述A相主电路包括相饱和电抗器SRA、阀饱和电抗器SV1、阀饱和电抗器SV4、阀避雷器SA1、阀避雷器SA4、晶闸管T1和晶闸管T4。
3.根据权利要求2所述的特高压直流换流阀的主电路，其特征在于：所述阀饱和电抗器SV1、晶闸管T1和相饱和电抗器SRA依次串联，形成SV1-T1-SRA支路，所述SV1-T1-SRA支路与阀避雷器SA1并联，所述阀避雷器SA1一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV4、晶闸管T4和相饱和电抗器SRA依次串联，形成SV4-T4-SRA支路，所述SA4-T4-SRA支路与阀避雷器SA4并联，所述阀避雷器SA4一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
4.根据权利要求1所述的特高压直流换流阀的主电路，其特征在于：所述B相主电路包括相饱和电抗器SRB、阀饱和电抗器SV3、阀饱和电抗器SV6、阀避雷器SA3、阀避雷器SA6、晶闸管T3和晶闸管T6。
5.根据权利要求4所述的特高压直流换流阀的主电路，其特征在于：所述阀饱和电抗器SV3、晶闸管T3和相饱和电抗器SRB依次串联，形成SV3-T3-SRB支路，所述SV3-T3-SRB支路与阀避雷器SA3并联，所述阀避雷器SA3一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV6、晶闸管T6和相饱和电抗器SRB依次串联，形成SV6-T6-SRB支路，所述SV6-T6-SRB支路与阀避雷器SA6并联，所述阀避雷器SA6一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
6.根据权利要求1所述的特高压直流换流阀的主电路，其特征在于：所述C相主电路包括相饱和电抗器SRC、阀饱和电抗器SV5、阀饱和电抗器SV2、阀避雷器SA5、阀避雷器SA2、晶闸管T5和晶闸管T2。
7.根据权利要求6所述的特高压直流换流阀的主电路，其特征在于：所述阀饱和电抗器SV5、晶闸管T5和相饱和电抗器SRC依次串联，形成SV5-T5-SRC支路，所述SV5-T5-SRC支路与阀避雷器SA5并联，所述阀避雷器SA5一端连接换流变压器出线端，另一端连接高压直流母线；
所述阀饱和电抗器SV2、晶闸管T2和相饱和电抗器SRC依次串联，形成SV2-T2-SRC支路，所述SV2-T2-SRC支路与阀避雷器SA2并联，所述阀避雷器SA6一端连接换流变压器出线端，另一端连接低压直流母线。
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