國網(wǎng)：張北直流電網(wǎng)關(guān)鍵裝備技術(shù)研究及應(yīng)用

張北直流電網(wǎng)關(guān)鍵裝備技術(shù)研究及應(yīng)用查鯤鵬匯報(bào)提綱張家口規(guī)劃建設(shè)大型可再生能源基地，已開發(fā)和規(guī)劃開發(fā)的裝機(jī)規(guī)模巨大，2020年現(xiàn)有問題現(xiàn)有問題張北柔性直流工程特高壓橋臂有效值峰值南瑞集團(tuán)中電普瑞電力工程有限公司>基于架空線的柔性直流故障快速檢測(cè)與開斷母國家電網(wǎng)母關(guān)鍵設(shè)備南瑞集團(tuán)中電普瑞電力工程有限公司關(guān)鍵設(shè)備>基于系統(tǒng)方案，綜合考慮了各種工況下設(shè)備的多種應(yīng)力要求，開展并完成了換流閥、直流斷路器、控制保護(hù)、交流耗能裝置、換流變等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)、研制、測(cè)試·柔直換流閥：3000MW換流站換流閥橋臂最大持續(xù)熱電流2250Ams,閉鎖后最大耐受暫態(tài)電流25kA;·直流斷路器：采用三種技術(shù)路線，分別為：混合式、負(fù)壓耦合式和機(jī)械式，開斷能力均不低于25kA/3ms;·耗能裝置：交流耗能裝置每組375MW,張北站配置8組，康寶站配置4組，通過電力電子開關(guān)在1ms內(nèi)快速投切；·換流變：?jiǎn)蜗嚯p繞組換流變，3000MW換流站單臺(tái)換流變?nèi)萘?67MW,1500MW換流站單臺(tái)換流變?nèi)萘?84MW。2安SS專N換流變7匯報(bào)提綱8關(guān)鍵設(shè)備研制關(guān)鍵設(shè)備研制口短路電流耐受：北京站換流閥閉鎖前耐受最大暫態(tài)電流技術(shù)特點(diǎn)口納秒級(jí)高速IGBT驅(qū)動(dòng)與短路保護(hù)口毫秒級(jí)閥控制保護(hù)鏈路專用通道；口高可靠性、長(zhǎng)壽命、低噪聲?？谥绷麟娙荩阂种齐妷翰▌?dòng)、絕緣耐熱、承口保護(hù)晶閘管：低通態(tài)壓降、大電流承受能口旁路開關(guān)：合閘時(shí)間短、額定電流和短時(shí)口均壓電阻：絕緣穩(wěn)定、電阻值誤差小、溫口考慮電磁場(chǎng)分布、絕緣間距、質(zhì)量分布、冷卻散熱、光纖布線、兼顧機(jī)械強(qiáng)度、安裝及檢修項(xiàng)目換流潤(rùn)特點(diǎn)閥基類型支撐式布置型式雙列式每橋臂閥塔數(shù)2閥塔層數(shù)4閥頂端對(duì)地SWL(上橋臂閥-極母線側(cè))閥頂端對(duì)地LIWL(上橋臂閥-極母線側(cè))*:.國家電網(wǎng)*:.i□地震應(yīng)力設(shè)計(jì)：針對(duì)9級(jí)烈度抗口采用多層面橋臂電流平衡控制策略及閥級(jí)電壓平衡高速(微秒級(jí))脈沖分配算法，有效抑口采用了軟測(cè)量技術(shù)，對(duì)子模塊開關(guān)頻率、電容值等關(guān)鍵信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視?？诜謱臃旨?jí)協(xié)調(diào)控制架構(gòu)；□硬件完全冗余設(shè)計(jì)、主從熱備用；口環(huán)流分量小于額定電流的3%;口3級(jí)保護(hù)策略及快速過流保護(hù)機(jī)制。MMIGBT驅(qū)動(dòng)晶閘管驅(qū)動(dòng)IGBT驅(qū)動(dòng)晶閘管驅(qū)動(dòng)調(diào)制監(jiān)視與保護(hù)柔直換流閥-型式試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目閥支架直流耐壓試驗(yàn)交流耐壓試驗(yàn)操作沖擊耐壓試驗(yàn)雷電沖擊耐壓試驗(yàn)陡波沖擊耐壓試驗(yàn)斷路器開斷沖擊試驗(yàn)閥端間交直流耐壓試驗(yàn)濕態(tài)直流耐壓試驗(yàn)閥模塊最小直流電壓試驗(yàn)IGBT過流關(guān)斷試驗(yàn)短路電流試驗(yàn)國家電網(wǎng)結(jié)合廈門、渝鄂等柔性直流工程的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，考慮引入直流斷路器的新增工況，設(shè)計(jì)了拉合刀閘的換流閥抗電磁試驗(yàn)，完成了電磁兼容能力綜合驗(yàn)證。外觀檢查，供電檢查指令、時(shí)序異常，系統(tǒng)切換性能，子模塊開關(guān)頻率，子模塊旁路處理功能，機(jī)箱板卡異常等測(cè)試PCP下發(fā)觸發(fā)，VBC自主觸發(fā)壓保護(hù)等集中控制保護(hù)機(jī)箱等電源故障漏水監(jiān)測(cè)，軟件復(fù)歸，黑模塊，鏈路遲等關(guān)鍵設(shè)備研制關(guān)鍵設(shè)備研制張北工程直流斷路器概述直流斷路器作用及優(yōu)勢(shì)口快速分?jǐn)嘀绷飨到y(tǒng)短路電流，限制短路電流峰值；口實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，避免局部故障引發(fā)的換流站閉鎖，提高直流電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，非常適用于架空線路高壓直流輸電。機(jī)械式直流斷路器2豐寧站2臺(tái)2康保站2臺(tái)混合式直流斷路器北京站4臺(tái)張北站4臺(tái)康保站2臺(tái)豐寧站2臺(tái)張北直流斷路器技術(shù)參數(shù)4端張北柔直電網(wǎng)16臺(tái)直流斷路器3種直流斷路器技術(shù)路線機(jī)械式直流斷路器通態(tài)下依靠機(jī)械開關(guān)導(dǎo)通電流，通放電，產(chǎn)生振蕩電流，主支路快速機(jī)械開關(guān)在電流過CL同時(shí)觸發(fā)轉(zhuǎn)移支路IGCT,預(yù)充電電容C與電感L產(chǎn)生高頻振③待儲(chǔ)能電容電壓達(dá)到MOV動(dòng)作電壓后，故障電流轉(zhuǎn)入耗負(fù)壓耦合式直流斷路器正常運(yùn)行時(shí)同樣依靠機(jī)械開關(guān)導(dǎo)通電流，通態(tài)損耗小。分?jǐn)噙^程通過負(fù)壓耦合電路內(nèi)部預(yù)充電電容放電，產(chǎn)生反向電流，主支路快速機(jī)械開關(guān)在電流過零點(diǎn)斷開，最終依靠轉(zhuǎn)移支路電力電子器件分?jǐn)嘀绷麟娏?。因預(yù)充電電容電壓方向固定，快速機(jī)械開關(guān)設(shè)計(jì)難度大。南瑞集團(tuán)中電普瑞科技有限公司問題，但主支路IGBT長(zhǎng)期通流，需配置水冷系統(tǒng)。中500kV混合式直流斷路器關(guān)鍵組部件況下實(shí)現(xiàn)直流500kV況下實(shí)現(xiàn)直流500kV壓器壓器MOV組件散熱，絕緣及可散熱，絕緣及可水冷系統(tǒng)南瑞集團(tuán)中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團(tuán)中電普瑞科技有限公司口控制系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，本體采用保障5000次以上動(dòng)作壽命，可靠性口整體采用多串多并式結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊配一個(gè)旁路開關(guān)用于后備保護(hù)?？谥髦稩GBT配置循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。4500V/3000A壓接型IGBT。直流斷路器-供能系統(tǒng)南瑞集團(tuán)中電普瑞電力工程有限公司直流斷路器-供能系統(tǒng)南瑞集團(tuán)中電普瑞科技有限公司層間隔離變壓器層間隔離變壓器座底部500kV變底部500kV變壓器主支路過流保護(hù)主支路過流保護(hù)轉(zhuǎn)移支路過流保護(hù)合閘過流保護(hù)快速機(jī)械開關(guān)冗余保護(hù)主支路電力電子開關(guān)冗余保護(hù)組部件冗余保護(hù)功能轉(zhuǎn)移支路電力電子開關(guān)冗余保護(hù)控制系統(tǒng)冗余保護(hù)冷卻系統(tǒng)故障保護(hù)輔助設(shè)備保護(hù)功能供能系統(tǒng)故障保護(hù)本體過流保護(hù)功能國家電網(wǎng)直流斷路器-監(jiān)視系統(tǒng)直流斷路器-監(jiān)視系統(tǒng)口監(jiān)視功能：監(jiān)視各支路電流、快速機(jī)械開關(guān)、IGBT模塊、MOV組件、水冷系統(tǒng)、供能系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，用于實(shí)現(xiàn)后臺(tái)記錄、顯示及故障診斷等功能。壓器主轉(zhuǎn)移支路ICBI模塊主轉(zhuǎn)移支路ICBI模塊直流斷路器-型式試驗(yàn)序號(hào)試驗(yàn)項(xiàng)目直流電壓耐受及局放試驗(yàn)操作沖擊試驗(yàn)3雷電沖擊試驗(yàn)4直流暫時(shí)耐壓試驗(yàn)5斷路器端間直流電壓耐受試驗(yàn)6操作沖擊試驗(yàn)8濕態(tài)直流耐壓試驗(yàn)9主支路主支路最大連續(xù)運(yùn)行電流試驗(yàn)主支路過負(fù)荷電流試驗(yàn)主支路短時(shí)電流耐受試驗(yàn)開斷電流試驗(yàn)快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)態(tài)耐受試驗(yàn)轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移支路短時(shí)電流耐受試驗(yàn)開斷電流試驗(yàn)斷路器整機(jī)小電流開斷試驗(yàn)額定電流開斷試驗(yàn)短路電流開斷試驗(yàn)額定電流關(guān)合試驗(yàn)重合閘試驗(yàn)冗余丟失情況下直流斷路器分?jǐn)?5kA電流試驗(yàn)波形為驗(yàn)證直流斷路器設(shè)備極端運(yùn)行情況下短路電流分?jǐn)嗄芰Γ_展了直流斷路器冗余丟失開斷試驗(yàn)。在主支路快速機(jī)械開關(guān)、主支路和轉(zhuǎn)移支路電力電子模塊的冗余組件均短接情況下，直流斷路器在2.6ms內(nèi)成功分?jǐn)?5kA電流。匯報(bào)提綱系統(tǒng)維度技術(shù)設(shè)備口直流故障穿越——系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)序故障清除與閉鎖(或降壓)V(全部換流站閉鎖)V壓至0)V(無換流站閉鎖)(約3ms)■■√(故障線路開斷)(約3ms)■■V(故障線路重合閘)(約100-1000ms)V復(fù)直流電壓和功率)V電壓和功率)合計(jì)最短時(shí)間清除與閉鎖(或降壓)V(全部換流站閉鎖)V壓至0)V(無換流站閉鎖)(約3ms)V(故障線路開斷)V(故障線路開斷)√(故障線路開斷)(約3ms)■■(約100-1000ms)V復(fù)直流電壓和功率)V電壓和功率)■合計(jì)最短時(shí)間約9ms系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)持續(xù)進(jìn)行功率輸送系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)持續(xù)進(jìn)行功率輸送□直流故障穿越——故障影響范圍多端直流系統(tǒng)直流電網(wǎng)+直流機(jī)械開關(guān)站3站3防防口口國家電網(wǎng)陽斷能力外特性變電壓反向變型MMC)。換流閥■500kV半橋MMC換流閥■500kV快速直流機(jī)械開關(guān)■500kV直流斷路器■直流電網(wǎng)超高速保護(hù)技術(shù)口張北工程采用四端環(huán)網(wǎng)對(duì)稱雙極接線方式，斷路器配置為簡(jiǎn)化單母線接線口系統(tǒng)中共需要500kV換流閥8臺(tái)，直流斷路器1