±800kV柔性直流換流閥電場仿真及試驗驗證

馬志榮 楊曉平 張艷梅 孫小平 鄭全旭 高旭

【摘 ?要】本文采用有限元數(shù)值方法，對±800 kV柔性直流換流閥電場分布計算。按照功率模塊最大運行電壓，校核換流閥的層間和模塊間絕緣性能;按照閥支架直流耐受試驗，校核換流閥的對地絕緣性能。仿真結(jié)果表明，±800 kV柔性直流換流閥中最大電場強度為1.67 kV/mm，以2.5 kV/mm作為起暈場強判據(jù)，試驗下，閥支架無起暈現(xiàn)象。換流閥閥端間交直流混合加壓試驗和閥支架直流耐受試驗，無放電現(xiàn)象，在局放滿足IEC62501要求。

【關(guān)鍵詞】柔性直流輸電;換流閥;閥塔;電場仿真;試驗。

Abstract：This paper uses the finite element numerical method to calculate the electric field distribution of ±800 kV flexible DC converter valve.According to the maximum operating voltage of the power module，check the insulation performance between the interlayer and the module of the converter valve;check the insulation performance of the converter valve according to the DC tolerance test of the valve bracket.The simulation results show that the maximum electric field strength of ±800 kV flexible DC converter valve is 1.67 kV/mm，and 2.5 kV/mm is used as the criterion of the field strength of the halo field.Under the test，the valve bracket has no halo phenomenon.The AC-DC hybrid pressure test and the valve bracket DC withstand test between the valve ends of the converter valve have no discharge phenomenon，and the partial discharge meets the requirements of IEC62501.

Key words：flexible direct current transmission;converter valve;valve tower;electric field simulation.

0 ?引言

柔性直流輸電技術(shù)適用于新能源并網(wǎng)、交流電網(wǎng)的異步互聯(lián)、構(gòu)建直流電網(wǎng)、向無源系統(tǒng)及弱交流系統(tǒng)供電等優(yōu)點，近年來得到了快速發(fā)展和應(yīng)用【1-2】。目前國內(nèi)外已建成大量的柔直工程[3]，國內(nèi)正在建設(shè)有渝鄂±420 kV 直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程、張北±500 kV多端柔性直流示范工程。未來建設(shè)±800 kV柔性直流輸電系統(tǒng)，國內(nèi)外目前尚無可借鑒的±800kV的柔直換流閥，換流閥是大型高電壓設(shè)備，是柔性直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，在閥塔的設(shè)計時，需對閥塔的電場分布進行計算，校核換流閥的絕緣設(shè)計和屏蔽設(shè)計是否滿足工程要求【6-10】。本文采用有限元軟件，對±800 kV 柔性直流換流閥的正常運行工況和過電壓時電場分布進行了分析計算，解決了局部電場分布不均勻的問題，并針對換流閥開展絕緣試驗驗證。

1計算方法及模型簡化

結(jié)合閥塔結(jié)構(gòu)特點，采用有限元方法進行計算分析，并進行模型簡化。

1.1有限元計算方法

綜合上述閥塔電場仿真結(jié)果可知：

1）設(shè)計的換流閥閥塔內(nèi)部電場分布均勻，且閥塔最大電場強度值滿足技術(shù)要求。

2）設(shè)計的換流閥閥塔屏蔽系統(tǒng)起到了良好的屏蔽作用，閥塔屏蔽外部電場分布比較均勻。

因此，換流閥閥塔的絕緣特性均滿足電場控制要求，閥塔在運行中不會發(fā)生放電現(xiàn)象，認為該換流閥絕緣設(shè)計可滿足工程應(yīng)用需要。

3換流閥絕緣性能驗證

為檢驗±800 kV 柔性直流換流閥的絕緣性能，委托第三方進行了±800 kV/5000 MW 柔性直流輸電換流閥進行了型式試驗[17]。閥支架直流耐受試驗電氣實測參數(shù)見表1。

在閥端交直流電壓試驗中，換流閥無擊穿、閃絡(luò)現(xiàn)象，無發(fā)熱現(xiàn)象，局部放電滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

閥端間交直流混合加壓試驗功率模塊電壓與閥塔最大連續(xù)運行電壓仿真加載電壓一致，閥支架直流耐受電壓與閥塔直流耐壓仿真電壓一致，兩項試驗可以作為閥塔電場仿真結(jié)果的試驗驗證。由此，可以證明±800 kV 柔性直流換流閥耐壓設(shè)計滿足要求，換流閥在壽命周期內(nèi)可安全性運行。

4 結(jié)論

本文用有限元數(shù)值方法，校核±800 kV 柔性直流輸電換流閥的絕緣設(shè)計，并經(jīng)過閥支架直流耐受和閥端間交直流混合加壓試驗驗證。充分說明文中換流閥的仿真驗證手段有效，設(shè)計方案安全可靠。

參考文獻：

[1] 賀之淵，趙巖，湯廣福.±320 kV/1000 MW 柔性直流輸電核心技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用[J].智能電網(wǎng)，2016，4（2）：124-132.

HE Zhiyuan，ZHAO Yan，TANG Guangfu.Key technology research and application of the ±320 kV/1 000 MW VSCHVDC[J].Smart Grid，2016，4（2）：124-132.

[2] 張靜嵐，盧鐵斌，齊磊. ±800 kV直流換流閥模塊內(nèi)部電場仿真對比分析.智能電網(wǎng)，2015，3（6）：542-551.

HE Zhiyuan，ZHAO Yan，Electric Field Simulation omparative Analysis of the Internal Valve Module of ±800 kV HVDC Converter Valve.Smart Grid，2015，3（6）：542-551.

[3] 李巖，羅雨，許樹楷，等.柔性直流輸電技術(shù)：應(yīng)用、進步與期望[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù)，2015，9（1）：7-13.

LI Yan，LUO Yu，XU Shukai，et al.VSC-HVDC transmission technology：Application，advancement and expectation[J].Southern Power System Technology，2015，9（1）：7-13.

[4] 范彩云，胡秋玲，陶潁軍，等.±500 kV柔性直流換流閥電場分布及絕緣特性研究[J].高電壓電器，2017，53（10）：0183-0189.

FAN Caiyun，HU Qiuling，TAO Yingjun，et al.Research of Electric Field Distribution and Insulation Properties for ±500 kV VSC-HVDC Converter Valve.High Voltage Apparatus，2017，53（10）：0183-0189.

[5] 陽岳希，賀之淵，周楊，等.廈門±320 kV 柔性直流輸電工程的控制方式和運行性能[J].智能電網(wǎng)，2016，4（3）：229-234.

YANG Yuexi，HE Zhiyuan，ZHOU Yang，et al.Control mode and operating performance of Xiamen ±320 kV VSC-HVDC project[J].Smart Grid，2016，4（3）：229-234.

[6] 楊曉平，張艷梅，趙朝偉.柔性直流換流閥功率模塊絕緣試驗下的電場仿真分析[J].高壓電器，2017，53（11）：63-67.

YANG Xiaoping，ZHANG Yanmei，ZHAO Chaowei，The electric field simulation based on the insulation test of the flexible HVDC converter valve power module[J].High Voltage Apparatus，2017，53（11）：63-67.

[7] 齊磊，王星星，李超，等.±1 100 kV 特高壓直流換流閥絕緣型式試驗下的電場仿真及優(yōu)化[J].高電壓技術(shù)，2015，41（4）：1262-1271.

QI Lei，WANG Xingxing，LI Chao，et al.Electric field simulation and optimization of ±1 100 kV HVDC converter valve in insulation type test[J].High Voltage Engineering，2015，41（4）：1262-1271.

[8] 張棟，歐陽有鵬，尚慧玉等.電壓源型換流閥在絕緣型式試驗下電場仿真計算[J].電力工程技術(shù)，2017，76（11）：76-81.

作者簡介：

馬志榮（1987—），男，陜西榆林，工程師，主要從事柔性直流輸電換流閥研發(fā)和工程應(yīng)用。

楊曉平（1978—），男，吉林省吉林市人，工程師，博士研究生，主要從事電力電子技術(shù)在柔性交流和柔性直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用開發(fā)研究。

張艷梅（1984—），陜西富平人，工程師，工學(xué)碩士，主要從事柔性直流輸電換流閥研發(fā)和工程應(yīng)用開發(fā)研究。

（作者單位：西安西電電力系統(tǒng)有限公司）