直流配电网关键设备试验技术研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:郗姗姗(1982),女,汉族,本科,河南平顶山人,工程师。-117-直流配电网关键设备试验技术研究 郗姗姗1 姜珊盼1 刘鹏飞1 杨庆宇1 逯 丹2 1.河南省高压电器研究所有限公司,河南 平顶山 467001 2.河南平高电气股份有限公司,河南 平顶山 467001 摘要:摘要:近年来,直流配电网关键技术得到了业内的广泛关注,研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述,分析了直流配电网建设的必要性。直流配电网是未来城市配电网的发展趋势;为了保证直流配电网的安全稳定运行;需在关键设备的试验方面进行深
2、入研究。由于直流配电网涉及的设备类型繁多;并且各设备之间的耦合关系复杂;因此其试验方法、试验标准及试验设备都需要进行针对性研究。关键词:关键词:直流配电网;关键设备;试验技术 中图分类号:中图分类号:TM721 0 引言 本文主要介绍了直流配电网中关键设备(变压器、换流阀、平波电抗器等)试验技术的研究现状,分析了直流配电网中关键设备的工作特性和安全运行要求,研究了直流配电网中关键设备(变压器器等)的试验方法和试验设备,并针对直流配电网的安全稳定运行需求提出了相应的安全保护措施。1 直流配电网关键设备 直流配电网中的变压器主要分为以下几种类型:单级式变压器、多级式变压器和混合型变压器。单级式变压
3、器为电压等级最高的高压变压器,多用于城市配电网。在城市配电网中,常采用单级式变压器供电,这样可以减少配电线路长度,提高供电的可靠性,并且节约能源。在直流配电网中,由于需要将换流阀换成直流换流阀,因此需要对其进行直流短路试验,以保证换流阀能够可靠运行。多级式变压器由多个并联的电抗器串联组成,通过电抗器的串联实现电压等级的提高和容量的增大。多级式变压器中所使用的电抗器需要满足以下几点要求:具有高可靠性能、良好的动态响应性能、体积小、重量轻等。混合型变压器一般由两种或两种以上的直流换流阀组成。1.1 模块化多电平换流器 模块化多电平换流器是一种新型的电力电子变换器,是目前最流行的一种电力电子器件。它
4、是由多个相同电平功率模块串联或并联组成的,通过控制和调节各模块之间的输出电压来控制每个模块的输出电流。与传统的晶闸管相控换流器相比,模块化多电平换流器具有以下特点:(1)每个模块都有相同的输出电压;(2)每个模块都可以采用相同的子模块数;(3)每个模块均可作为一个独立的换流器运行,不需要额外配置换流器,也不需要考虑子模块之间的环流问题;(4)每个模块均可根据需要独立工作,无需配置额外的控制电路;(5)每个模块都可实现有功功率和无功功率独立控制。(6)输出电压可以实现四个电平,并且可以对不同电平之间进行隔离;(7)没有环流问题;(8)提高了输出电流质量。1.2 直流断路器 直流断路器主要是为换流
5、阀提供短路电流,以保证换流阀的可靠运行。直流断路器的工作原理:当换流阀发生故障时,直流断路器能够迅速将故障电流断开,防止短路电流持续对换流阀造成伤害。直流断路器具有以下优点:第一,能够快速切除故障电流,保证换流阀正常运行;第二,直流断路器体积小、质量轻、成本低;第三,直流断路器具有较高的开断能力,能够承受更高的电压和电流,适用于高压大容量的应用场合。直流断路器采用的主要技术指标包括:额定电压为 500 kV;额定电流为 30A;额定分断时间为 20 ns;开断能力为 5 kA。直流断路器的性能对换流阀运行可靠性有着至关重要的影响。1.3 隔离开关 直流配电网中,隔离开关是实现对故障元件进行隔离
6、的开关,直流配电网中的隔离开关主要有两种类型:一种是绝缘拉杆式隔离开关,这种隔离开关一般中国科技期刊数据库 工业 A-118-应用于城市配电网;另一种是操作机构式隔离开关,这种隔离开关一般应用于高压直流配电网。绝缘拉杆式隔离开关一般由上下两个滑动连杆组成,在上下两个连杆的中间连接了一个导电杆。当其中一个滑动连杆被拉起时,另外一个滑动连杆就会被拉下,从而使得接触点断开,断开电流通过接触点时会产生电弧。而操作机构式隔离开关的原理与之相反,操作机构式隔离开关通过操动机构的操作实现断开和闭合的功能。在直流配电网中,电压等级越高,对操作机构式隔离开关的要求也越高。2 关键设备工作特性和安全运行要求 直流
7、配电网中的变压器、换流阀和平波电抗器等设备主要用于为直流配电网中的交流、直流负荷以及负荷侧提供电压支撑,并且还要同时作为直流电源为外部设备供电。由于这些设备是直流配电网中的关键设备,因此在其使用过程中的工作特性和安全运行要求也尤为重要。目前,国际上还没有对直流配电网中变压器等设备的工作特性进行统一规定,因此在设备的安全运行方面还存在一定的不足。直流配电网中变压器等关键设备都需要向外输出直流电压,因此在其运行过程中必须保证其对地绝缘电阻大于 500,并且其向外输出的直流电压应稳定在额定值范围内;在换流阀等关键设备向外输出交流电流的同时,还需要保证其向外输出的交流电压应稳定在额定值范围内。通过上述
8、规定可知,变压器、换流阀和平波电抗器等关键设备在其使用过程中都需要保证上述要求,且这些要求必须通过一定的试验方法才能实现。3 直流配电网关键设备试验方法及试验标准 直流配电网是由换流阀、变压器、平波电抗器等设备构成的系统,其正常工作需要满足直流配电系统的安全稳定运行要求,因此其试验方法和试验标准也应与交流电网相似。根据直流配电网的拓扑结构和运行方式,可将直流配电网分为换流站与柔性负荷、换流站与交流配电室、换流站与交直流配电系统等三种不同类型。为保证直流配电网的安全稳定运行,其关键设备(换流阀、变压器、平波电抗器等)都必须满足相应的试验要求。为了保证直流配电网关键设备的试验结果能够可靠地反映出设
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