换流变电站设备介绍(正式版)

1、换流站设备介绍换流站设备介绍前前 言言换流站的标准定义换流站的标准定义 换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。质量的要求而建立的站点。 换流站的优点换流站的优点(1) (1) 输送相同功率时，线路造价低输送相同功率时，线路造价低(2) (2) 线路有功损耗小线路有功损耗小(3) (3) 适宜于海下输电适宜于海下输电(4)(4)能限制系统的短路电流能限制系统的短路电

2、流(5) (5) 调节速度快，运行可靠调节速度快，运行可靠换流站的主要设备换流站的主要设备 换流站中应包括的主要设备或设施有：换流阀、换流站中应包括的主要设备或设施有：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流开关设备、交流滤换流变压器、平波电抗器、交流开关设备、交流滤波器及交流无功补偿装置、直流开关设备、直流滤波器及交流无功补偿装置、直流开关设备、直流滤波器、控制与保护装置、站外接地极以及远程通信波器、控制与保护装置、站外接地极以及远程通信系统等。系统等。500kV500kV昭通换流站昭通换流站概述概述总的部分总的部分500kV500kV昭通换流站鸟瞰图昭通换流站鸟瞰图1.1.概述概述1 1）50

3、0kV500kV直流采用双极直流接线，每极一个直流采用双极直流接线，每极一个1212脉冲阀组脉冲阀组2 2）可控硅换流阀采用四重阀安装方式。阀的二次冷却采用水冷却方式。）可控硅换流阀采用四重阀安装方式。阀的二次冷却采用水冷却方式。3 3）换流变压器采用单相双绕组型式，两极共设）换流变压器采用单相双绕组型式，两极共设12+212+2台，其中两台为备台，其中两台为备用相。平波电抗器采用干式空芯式，每极一台，另设一台备用。用相。平波电抗器采用干式空芯式，每极一台，另设一台备用。4 4）交流滤波器设置）交流滤波器设置4 4大组。直流滤波器采用无源滤波器，每极配置两组。大组。直流滤波器采用无源滤波器，每

4、极配置两组。5 5）500kV500kV交流配电装置采用交流配电装置采用GISGIS设备、设备、3/23/2断路器接线。断路器接线。500kV500kV交流场交流场设备设备第一部分第一部分500kV500kV交流场设备布置图交流场设备布置图一、一、GISGIS（气体绝缘金（气体绝缘金属全封闭式组合电器）属全封闭式组合电器）实物图（一）实物图（一）实物图（二）实物图（二） GISGIS是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。GISGIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备

5、或部件全母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的的SF6SF6绝缘气体，故也称绝缘气体，故也称SF6SF6全封闭组合电器。全封闭组合电器。1.1.简介简介2.2.应用及优点应用及优点 GISGIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。与常规敞开式换流站相比，特高压领域也被使用。与常规敞开式换流站相比，GISGIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境

6、适应能力强，维护工作活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小。量很小。二、耦合电容器二、耦合电容器实物图实物图1.1.作用作用 使使强电与弱电两个系统通过电容耦合，给高频强电与弱电两个系统通过电容耦合，给高频信号构成通路，并且阻止高压工频电流进入弱电系信号构成通路，并且阻止高压工频电流进入弱电系统，使强电系统与弱电系统隔离，保证人身安全。统，使强电系统与弱电系统隔离，保证人身安全。三、高频阻波器三、高频阻波器实物图实物图 串接在高压线路两端，专供高频保护及高频载波通串接在高压线路两端，专供高频保护及高频载波通信遥控、遥测等使用的高压电器设备，对高频信号进信遥控、遥测等使用的高压电

7、器设备，对高频信号进行阻塞，起到减少高频能量损耗的作用。高频阻波器行阻塞，起到减少高频能量损耗的作用。高频阻波器与耦合电容器、结合滤波器、高频电缆、高频通信机与耦合电容器、结合滤波器、高频电缆、高频通信机等组成电力线路高频通信通道。等组成电力线路高频通信通道。1.1.作用作用换流变区域换流变区域及阀厅设备及阀厅设备第二部分第二部分换换流变区域及阀厅设备布置图流变区域及阀厅设备布置图一、换流变压器一、换流变压器实物图（一）实物图（一）实物图（一）实物图（一）1.1.定义定义 换流变压器换流变压器(Converter Transformer) (Converter Transformer) 接在换

8、流接在换流桥与交流系统之间的电力变压器。采用换流变压桥与交流系统之间的电力变压器。采用换流变压器实现换流桥与交流母线的连接，并为换流桥提器实现换流桥与交流母线的连接，并为换流桥提供一个中性点不接地的三相换相电压。换流变压供一个中性点不接地的三相换相电压。换流变压器与换流桥是构成换流单元的主体。器与换流桥是构成换流单元的主体。2.2.特点特点 在整流换流器中换流变压器为换流设备提供交在整流换流器中换流变压器为换流设备提供交流电能，换流器将交流电能转换为直流电能并通过流电能，换流器将交流电能转换为直流电能并通过直流输电线路传输；在逆变换流器中换流变压器接直流输电线路传输；在逆变换流器中换流变压器接

9、受逆变换流器将直流电能转换为交流的电能，并将受逆变换流器将直流电能转换为交流的电能，并将其输送到其它交流供电网路中其输送到其它交流供电网路中 。3.3.作用作用1 1、传送电力；、传送电力；2 2、把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压；、把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压；3 3、利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提供两组幅值相等、相位相差、利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提供两组幅值相等、相位相差3030( (基波电角度基波电角度) )的三相对称的换相电压以实现脉动换流；的三相对称的换相电压以实现脉动换流；4 4、将直流部分与交流系统相互绝缘隔离，以免交流系统

10、中性点接地和直流部分中性、将直流部分与交流系统相互绝缘隔离，以免交流系统中性点接地和直流部分中性点接地造成直接短接，使得换相无法进行；点接地造成直接短接，使得换相无法进行；5 5、换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用；、换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用；6 6、对沿着交流线路侵入到换流站的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。、对沿着交流线路侵入到换流站的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。二、换流阀二、换流阀实物图（一）实物图（一）实物图（二）实物图（二）1.1.特点特点 换流阀是直流输电工程的核心设备，通过依次将三换流阀是直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到

11、期望的直流电压和实现对相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制。可控硅换流阀组是换流站完成将交流电转功率的控制。可控硅换流阀组是换流站完成将交流电转换为直流电（或直流转交流）的整流元件。为降低谐波，换为直流电（或直流转交流）的整流元件。为降低谐波，将两组三相桥（将两组三相桥（6 6脉动）串连形成脉动）串连形成1212脉动阀组，两组三脉动阀组，两组三相桥与交流系统的连接相差相桥与交流系统的连接相差3030角。角。2.2.组成组成 换流阀由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电换流阀由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部阻、均压电阻、饱和电

12、抗器、晶闸管控制单元等零部件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件，它决定件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件，它决定了换流阀的通流能力，通过将多个晶闸管元件串联可了换流阀的通流能力，通过将多个晶闸管元件串联可得到希望的系统电压。得到希望的系统电压。 晶闸管散热所需的水冷散热器，既要给晶闸管散晶闸管散热所需的水冷散热器，既要给晶闸管散热，又要充当结构件承压，还需导电和终身质保，其热，又要充当结构件承压，还需导电和终身质保，其严格的质量要求使得这种水冷散热器成为了电力电子严格的质量要求使得这种水冷散热器成为了电力电子行业内水冷散热器的顶级产品。行业内水冷散热器的顶级产品。三、穿墙套管三、穿墙套管

13、实物图实物图1.1.功用功用 换流变、平波电抗器和中性母线进入阀厅采用干式合成套换流变、平波电抗器和中性母线进入阀厅采用干式合成套管。使高压导线安全地穿过接地墙壁或箱盖，与其它设备相连管。使高压导线安全地穿过接地墙壁或箱盖，与其它设备相连接。套管既有绝缘作用，又有机械上的固定作用。接。套管既有绝缘作用，又有机械上的固定作用。直流场设备直流场设备第二部分第二部分直流场设备布置图直流场设备布置图一、平波电抗器一、平波电抗器实物图（一）实物图（一）实物图（二）实物图（二）1.1.特点特点 平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是

14、有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电的，需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。平波电抗器与直流滤波器一抗器，使输出的直流接近于理想直流。平波电抗器与直流滤波器一起构成高压直流换流站直流侧的直流谐波滤波回路。平波电抗器一起构成高压直流换流站直流侧的直流谐波滤波回路。平波电抗器一般串接在每个极换流器的直流输出端与直流线路之间，是高压直流般串接在每个极换流器的直流输出端与直流线路之间，是高压直流换流站的重要设备之一

15、。换流站的重要设备之一。2.2.作用作用1. 1.抑制整直电压中的纹波；抑制整直电压中的纹波；2. 2.使直流输电的输出直流接近于理想直流；使直流输电的输出直流接近于理想直流；3. 3.防止由直流线路产生的陡波冲击进入阀厅，使换流防止由直流线路产生的陡波冲击进入阀厅，使换流阀免遭过电压的损坏。阀免遭过电压的损坏。4. 4.抑制架空线路中的谐波分量，使对通信线路的干扰抑制架空线路中的谐波分量，使对通信线路的干扰水平控制在规定范围内。水平控制在规定范围内。二、直流滤波器二、直流滤波器实物图（一）实物图（一）实物图（二）实物图（二）1.1.组成及作用组成及作用 换流站使用的直流滤波器为换流站使用的直

16、流滤波器为LCLC单调谐波滤波器和高单调谐波滤波器和高通滤波器组成的滤波装置。主要用于阻碍并短路交流信通滤波器组成的滤波装置。主要用于阻碍并短路交流信号，减少基波损耗，起到滤波及无功补偿作用。号，减少基波损耗，起到滤波及无功补偿作用。三、高压直流三、高压直流断路器断路器实物图实物图1.1.原理图原理图2.2.分类及特点分类及特点 无源型叠加振荡电流方式：利用电弧电压随电流增大而下降的非无源型叠加振荡电流方式：利用电弧电压随电流增大而下降的非线性负电阻效应，在与电弧间隙并联的线性负电阻效应，在与电弧间隙并联的LCLC回路中产生自激振荡，使电回路中产生自激振荡，使电弧电流叠加上增幅振荡电流，在总电

17、流过零时实现遮断。弧电流叠加上增幅振荡电流，在总电流过零时实现遮断。 有源型叠加振荡电流方式：由外部电源先向振荡回路的电容有源型叠加振荡电流方式：由外部电源先向振荡回路的电容C C充电，充电，然后电容然后电容C C通过电感通过电感L L向断路器的电弧间隙放电，产生振荡电流叠加在向断路器的电弧间隙放电，产生振荡电流叠加在原电弧电流之上，并强迫电流过零。这种方式容易产生足够幅值的振原电弧电流之上，并强迫电流过零。这种方式容易产生足够幅值的振荡电流，开断的成功率较高。荡电流，开断的成功率较高。四、高压直流四、高压直流隔离开关隔离开关实物图实物图实物图实物图1.1.功用功用 直流隔离开关在分位置时，触

18、头间有符合规定直流隔离开关在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件下的电流的开关设备。条件下的电流的开关设备。五、避雷器五、避雷器实物图实物图实物图实物图1.1.作用作用 直流场避雷器用于保护直流设备免受高瞬态过电压直流场避雷器用于保护直流设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流赋值的一种电器。在危害并限制续流时间也常限制续流赋值的一种电器。在换流站中，还能限制内过电压或作内过电压的后备保护。换流站中，还能限制内过电压

19、或作内过电压的后备保护。六、直流电流六、直流电流互感器互感器实物图实物图1.1.原理原理 采样电信号，经电光转换后以光信号传输至接受终采样电信号，经电光转换后以光信号传输至接受终端，再经光电转换后以电信号进入控制保护系统。端，再经光电转换后以电信号进入控制保护系统。六、直流电压六、直流电压互感器互感器实物图实物图1.1.原理原理 利用阻容分压的原理，又叫阻容分压器。利用阻容分压的原理，又叫阻容分压器。交流滤波场设备交流滤波场设备第三部分第三部分交流滤波场布置图交流滤波场布置图一、交流滤波器一、交流滤波器实物图（一）实物图（一）实物图（二）实物图（二）1.1.定义定义 换流站交流滤波装置安装在换

20、流站交流侧，用来吸换流站交流滤波装置安装在换流站交流侧，用来吸收换流器交流侧谐波电流，限制交流侧谐波电压的装置，收换流器交流侧谐波电流，限制交流侧谐波电压的装置，简称交流滤波器。简称交流滤波器。2.2.作用作用 分无源滤波器、有源滤波器和连续调谐滤波器三种。分无源滤波器、有源滤波器和连续调谐滤波器三种。无源滤波器由电阻、电容、电感组成，一般由若干个单无源滤波器由电阻、电容、电感组成，一般由若干个单独用于吸收某些指定次数谐波的三相滤波器组并联而成。独用于吸收某些指定次数谐波的三相滤波器组并联而成。每个滤波器在一个或两个谐波频率的指定范围内或高通每个滤波器在一个或两个谐波频率的指定范围内或高通频带

21、下呈现低阻抗，使换流器产生的这些谐波电流绝大频带下呈现低阻抗，使换流器产生的这些谐波电流绝大部分流入滤波器，从而减少注入交流系统的谐波，达到部分流入滤波器，从而减少注入交流系统的谐波，达到降低谐波的要求。降低谐波的要求。二、交流断路器二、交流断路器实物图（一）实物图（一）实物图（二）实物图（二）1.1.定义及作用定义及作用 高压断路器它不仅可以切断或闭合高压电路中的空高压断路器它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，它具有保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，

22、它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，可分为：油断相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，可分为：油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、压缩空气断路器路器、六氟化硫断路器、真空断路器、压缩空气断路器等。照片所示的就是等。照片所示的就是SF6SF6断路器。断路器。三、交流隔离三、交流隔离开关开关实物图（一）实物图（一）实物图（二）实物图（二）1.1.功能及作用功能及作用 高压隔离开关是发电厂和换流站电气系统中重要的开高压隔离开关是发电厂和换流站电气系统中重要的开关电器，需与高压断路器配套使用。关电器，需与高压断路器配套使用。 其主要功能是：保证其主要功能是：保证高压电器及装置在检修工作时的安全，

23、起隔离电压的作用，高压电器及装置在检修工作时的安全，起隔离电压的作用，不能用与切断、投入负荷电流和开断短路电流，仅可用于不能用与切断、投入负荷电流和开断短路电流，仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作，即是说它不具有灭弧功不产生强大电弧的某些切换操作，即是说它不具有灭弧功能。能。四、交流电流四、交流电流互感器互感器实物图实物图1.1.原理原理 电流互感器原理是依据电磁感应原理的，是由闭合电流互感器原理是依据电磁感应原理的，是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流测量的电流的线路中，因此

24、它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。感器的工作状态接近短路。1.1.作用作用 将大电流变成标准的小电流，供测量仪表、继电保将大电流变成标准的小电流，供测量仪表、继电保护和自动装置二次回路用的电源。护和自动装置二次回路用的电源。四、交流电压四、交流电压互感器互感器实物图实物图1.1.原理原理 利用

25、电容分压，由电容分压器将系统电压降至一较利用电容分压，由电容分压器将系统电压降至一较低的中间电压，再经中间变得到所需的电压。低的中间电压，再经中间变得到所需的电压。1.1.作用作用 将高电压变成标准的低电压，供测量仪表、继电保将高电压变成标准的低电压，供测量仪表、继电保护和自动装置二次回路用的电源。护和自动装置二次回路用的电源。五、站用变压器五、站用变压器实物图实物图实物图实物图1.1.简介及作用简介及作用 站用变压器，顾名思义，就是供换流站自身用电的站用变压器，顾名思义，就是供换流站自身用电的降压变压器，一般设双台，备一台。降压变压器，一般设双台，备一台。六、交流避雷器六、交流避雷器实物图实

26、物图1.1.作用作用 交流场避雷器是换流站被保护设备免遭雷电冲击波交流场避雷器是换流站被保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入换流站的雷电冲击波超过避袭击的设备。当沿线路传入换流站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。七、无功补偿装置七、无功补偿装置实物图实物图1.1.原理原理 把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并

27、接在把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可种负荷之间交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿。从容性负荷输出的无功功率中得到补偿。2.2.作用和地位作用和地位 无功功率补偿，简称无功补偿，在电子供电系统中无功功率补偿，简称无功补偿，在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功线路的损耗，提高供电效率