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與開斷母國家電網(wǎng)母關(guān)鍵設(shè)備南瑞集團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、交流耗能裝置、換流變等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計、研制、測試·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、負壓耦合式和機械式，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：單相雙繞組換流變，3000MW換流站單臺換流變?nèi)萘?67MW,1500MW換流站單臺換流變?nèi)萘?84MW。2安SS專N換流變7匯報提綱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)特點口納秒級高速IGBT驅(qū)動與短路保護口毫秒級閥控制保護鏈路專用通道；口高可靠性、長壽命、低噪聲?？谥绷麟娙荩阂种齐妷翰▌?、絕緣耐熱、承口保護晶閘管：低通態(tài)壓降、大電流承受能口旁路開關(guān)：合閘時間短、額定電流和短時口均壓電阻：絕緣穩(wěn)定、電阻值誤差小、溫口考慮電磁場分布、絕緣間距、質(zhì)量分布、冷卻散熱、光纖布線、兼顧機械強度、安裝及檢修項目換流潤特點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閥頂端對地SWL(上橋臂閥-極母線側(cè))閥頂端對地LIWL(上橋臂閥-極母線側(cè))*:.國家電網(wǎng)*:.i□地震應(yīng)力設(shè)計：針對9級烈度抗口采用多層面橋臂電流平衡控制策略及閥級電壓平衡高速(微秒級)脈沖分配算法，有效抑口采用了軟測量技術(shù)，對子模塊開關(guān)頻率、電容值等關(guān)鍵信息進行實時監(jiān)視?？诜謱臃旨墔f(xié)調(diào)控制架構(gòu)；□硬件完全冗余設(shè)計、主從熱備用；口環(huán)流分量小于額定電流的3%;口3級保護策略及快速過流保護機制。MMIGBT驅(qū)動晶閘管驅(qū)動IGBT驅(qū)動晶閘管驅(qū)動調(diào)制監(jiān)視與保護柔直換流閥-型式試驗試驗項目閥支架直流耐壓試驗交流耐壓試驗操作沖擊耐壓試驗雷電沖擊耐壓試驗陡波沖擊耐壓試驗斷路器開斷沖擊試驗閥端間交直流耐壓試驗濕態(tài)直流耐壓試驗閥模塊最小直流電壓試驗IGBT過流關(guān)斷試驗短路電流試驗國家電網(wǎng)結(jié)合廈門、渝鄂等柔性直流工程的項目實施經(jīng)驗，考慮引入直流斷路器的新增工況，設(shè)計了拉合刀閘的換流閥抗電磁試驗，完成了電磁兼容能力綜合驗證。外觀檢查，供電檢查指令、時序異常，系統(tǒng)切換性能，子模塊開關(guān)頻率，子模塊旁路處理功能，機箱板卡異常等測試PCP下發(fā)觸發(fā)，VBC自主觸發(fā)壓保護等集中控制保護機箱等電源故障漏水監(jiān)測，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)勢口快速分斷直流系統(tǒng)短路電流，限制短路電流峰值；口實現(xiàn)選擇性保護，避免局部故障引發(fā)的換流站閉鎖，提高直流電網(wǎng)運行可靠性，非常適用于架空線路高壓直流輸電。機械式直流斷路器2豐寧站2臺2康保站2臺混合式直流斷路器北京站4臺張北站4臺康保站2臺豐寧站2臺張北直流斷路器技術(shù)參數(shù)4端張北柔直電網(wǎng)16臺直流斷路器3種直流斷路器技術(shù)路線機械式直流斷路器通態(tài)下依靠機械開關(guān)導(dǎo)通電流，通放電，產(chǎn)生振蕩電流，主支路快速機械開關(guān)在電流過CL同時觸發(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待儲能電容電壓達到MOV動作電壓后，故障電流轉(zhuǎn)入耗負壓耦合式直流斷路器正常運行時同樣依靠機械開關(guān)導(dǎo)通電流，通態(tài)損耗小。分斷過程通過負壓耦合電路內(nèi)部預(yù)充電電容放電，產(chǎn)生反向電流，主支路快速機械開關(guān)在電流過零點斷開，最終依靠轉(zhuǎn)移支路電力電子器件分斷直流電流。因預(yù)充電電容電壓方向固定，快速機械開關(guān)設(shè)計難度大。南瑞集團中電普瑞科技有限公司問題，但主支路IGBT長期通流，需配置水冷系統(tǒng)。中500kV混合式直流斷路器關(guān)鍵組部件況下實現(xiàn)直流500kV況下實現(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)南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司南瑞集團中電普瑞科技有限公司口控制系統(tǒng)采用冗余設(shè)計，本體采用保障5000次以上動作壽命，可靠性口整體采用多串多并式結(jié)構(gòu)，每個模塊配一個旁路開關(guān)用于后備保護?？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主支路過流保護轉(zhuǎn)移支路過流保護合閘過流保護快速機械開關(guān)冗余保護主支路電力電子開關(guān)冗余保護組部件冗余保護功能轉(zhuǎn)移支路電力電子開關(guān)冗余保護控制系統(tǒng)冗余保護冷卻系統(tǒng)故障保護輔助設(shè)備保護功能供能系統(tǒng)故障保護本體過流保護功能國家電網(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)備的運行狀態(tài)，用于實現(xiàn)后臺記錄、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-型式試驗序號試驗項目直流電壓耐受及局放試驗操作沖擊試驗3雷電沖擊試驗4直流暫時耐壓試驗5斷路器端間直流電壓耐受試驗6操作沖擊試驗8濕態(tài)直流耐壓試驗9主支路主支路最大連續(xù)運行電流試驗主支路過負荷電流試驗主支路短時電流耐受試驗開斷電流試驗快速機械開關(guān)動態(tài)耐受試驗轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移支路短時電流耐受試驗開斷電流試驗斷路器整機小電流開斷試驗額定電流開斷試驗短路電流開斷試驗額定電流關(guān)合試驗重合閘試驗冗余丟失情況下直流斷路器分斷25kA電流試驗波形為驗證直流斷路器設(shè)備極端運行情況下短路電流分斷能力，開展了直流斷路器冗余丟失開斷試驗。在主支路快速機械開關(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)成功分斷25kA電流。匯報提綱系統(tǒng)維度技術(shù)設(shè)備口直流故障穿越——系統(tǒng)動作時序故障清除與閉鎖(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)合計最短時間清除與閉鎖(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)■合計最短時間約9ms系統(tǒng)節(jié)點持續(xù)進行功率輸送系統(tǒng)節(jié)點持續(xù)進行功率輸送□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快速直流機械開關(guān)■500kV直流斷路器■直流電網(wǎng)超高速保護技術(shù)口張北工程采用四端環(huán)網(wǎng)對稱雙極接線方式，斷路器配置為簡化單母線接線口系統(tǒng)中共需要500kV換流閥8臺，直流斷路器1