国网：张北直流电网关键装备技术研究及应用

张北直流电网关键装备技术研究及应用查鲲鹏汇报提纲张家口规划建设大型可再生能源基地，已开发和规划开发的装机规模巨大，2020年现有问题现有问题张北柔性直流工程特高压桥臂有效值峰值南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司>基于架空线的柔性直流故障快速检测与开断母国家电网母关键设备南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司关键设备>基于系统方案，综合考虑了各种工况下设备的多种应力要求，开展并完成了换流阀、直流断路器、控制保护、交流耗能装置、换流变等关键设备的设计、研制、测试·柔直换流阀：3000MW换流站换流阀桥臂最大持续热电流2250Ams,闭锁后最大耐受暂态电流25kA;·直流断路器：采用三种技术路线，分别为：混合式、负压耦合式和机械式，开断能力均不低于25kA/3ms;·耗能装置：交流耗能装置每组375MW,张北站配置8组，康宝站配置4组，通过电力电子开关在1ms内快速投切；·换流变：单相双绕组换流变，3000MW换流站单台换流变容量567MW,1500MW换流站单台换流变容量284MW。2安SS专N换流变7汇报提纲8关键设备研制关键设备研制口短路电流耐受：北京站换流阀闭锁前耐受最大暂态电流技术特点口纳秒级高速IGBT驱动与短路保护口毫秒级阀控制保护链路专用通道；口高可靠性、长寿命、低噪声。口直流电容：抑制电压波动、绝缘耐热、承口保护晶闸管：低通态压降、大电流承受能口旁路开关：合闸时间短、额定电流和短时口均压电阻：绝缘稳定、电阻值误差小、温口考虑电磁场分布、绝缘间距、质量分布、冷却散热、光纤布线、兼顾机械强度、安装及检修项目换流润特点阀基类型支撑式布置型式双列式每桥臂阀塔数2阀塔层数4阀顶端对地SWL(上桥臂阀-极母线侧)阀顶端对地LIWL(上桥臂阀-极母线侧)*:.国家电网*:.i□地震应力设计：针对9级烈度抗口采用多层面桥臂电流平衡控制策略及阀级电压平衡高速(微秒级)脉冲分配算法，有效抑口采用了软测量技术，对子模块开关频率、电容值等关键信息进行实时监视。口分层分级协调控制架构；□硬件完全冗余设计、主从热备用；口环流分量小于额定电流的3%;口3级保护策略及快速过流保护机制。MMIGBT驱动晶闸管驱动IGBT驱动晶闸管驱动调制监视与保护柔直换流阀-型式试验试验项目阀支架直流耐压试验交流耐压试验操作冲击耐压试验雷电冲击耐压试验陡波冲击耐压试验断路器开断冲击试验阀端间交直流耐压试验湿态直流耐压试验阀模块最小直流电压试验IGBT过流关断试验短路电流试验国家电网结合厦门、渝鄂等柔性直流工程的项目实施经验，考虑引入直流断路器的新增工况，设计了拉合刀闸的换流阀抗电磁试验，完成了电磁兼容能力综合验证。外观检查，供电检查指令、时序异常，系统切换性能，子模块开关频率，子模块旁路处理功能，机箱板卡异常等测试PCP下发触发，VBC自主触发压保护等集中控制保护机箱等电源故障漏水监测，软件复归，黑模块，链路迟等关键设备研制关键设备研制张北工程直流断路器概述直流断路器作用及优势口快速分断直流系统短路电流，限制短路电流峰值；口实现选择性保护，避免局部故障引发的换流站闭锁，提高直流电网运行可靠性，非常适用于架空线路高压直流输电。机械式直流断路器2丰宁站2台2康保站2台混合式直流断路器北京站4台张北站4台康保站2台丰宁站2台张北直流断路器技术参数4端张北柔直电网16台直流断路器3种直流断路器技术路线机械式直流断路器通态下依靠机械开关导通电流，通放电，产生振荡电流，主支路快速机械开关在电流过CL同时触发转移支路IGCT,预充电电容C与电感L产生高频振③待储能电容电压达到MOV动作电压后，故障电流转入耗负压耦合式直流断路器正常运行时同样依靠机械开关导通电流，通态损耗小。分断过程通过负压耦合电路内部预充电电容放电，产生反向电流，主支路快速机械开关在电流过零点断开，最终依靠转移支路电力电子器件分断直流电流。因预充电电容电压方向固定，快速机械开关设计难度大。南瑞集团中电普瑞科技有限公司问题，但主支路IGBT长期通流，需配置水冷系统。中500kV混合式直流断路器关键组部件况下实现直流500kV况下实现直流500kV压器压器MOV组件散热，绝缘及可散热，绝缘及可水冷系统南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司南瑞集团中电普瑞科技有限公司口控制系统采用冗余设计，本体采用保障5000次以上动作寿命，可靠性口整体采用多串多并式结构，每个模块配一个旁路开关用于后备保护。口主支路IGBT配置循环水冷却系统。4500V/3000A压接型IGBT。直流断路器-供能系统南瑞集团中电普瑞电力工程有限公司直流断路器-供能系统南瑞集团中电普瑞科技有限公司层间隔离变压器层间隔离变压器座底部500kV变底部500kV变压器主支路过流保护主支路过流保护转移支路过流保护合闸过流保护快速机械开关冗余保护主支路电力电子开关冗余保护组部件冗余保护功能转移支路电力电子开关冗余保护控制系统冗余保护冷却系统故障保护辅助设备保护功能供能系统故障保护本体过流保护功能国家电网直流断路器-监视系统直流断路器-监视系统口监视功能：监视各支路电流、快速机械开关、IGBT模块、MOV组件、水冷系统、供能系统等关键设备的运行状态，用于实现后台记录、显示及故障诊断等功能。压器主转移支路ICBI模块主转移支路ICBI模块直流断路器-型式试验序号试验项目直流电压耐受及局放试验操作冲击试验3雷电冲击试验4直流暂时耐压试验5断路器端间直流电压耐受试验6操作冲击试验8湿态直流耐压试验9主支路主支路最大连续运行电流试验主支路过负荷电流试验主支路短时电流耐受试验开断电流试验快速机械开关动态耐受试验转移支路转移支路短时电流耐受试验开断电流试验断路器整机小电流开断试验额定电流开断试验短路电流开断试验额定电流关合试验重合闸试验冗余丢失情况下直流断路器分断25kA电流试验波形为验证直流断路器设备极端运行情况下短路电流分断能力，开展了直流断路器冗余丢失开断试验。在主支路快速机械开关、主支路和转移支路电力电子模块的冗余组件均短接情况下，直流断路器在2.6ms内成功分断25kA电流。汇报提纲系统维度技术设备口直流故障穿越——系统动作时序故障清除与闭锁(或降压)V(全部换流站闭锁)V压至0)V(无换流站闭锁)(约3ms)■■√(故障线路开断)(约3ms)■■V(故障线路重合闸)(约100-1000ms)V复直流电压和功率)V电压和功率)合计最短时间清除与闭锁(或降压)V(全部换流站闭锁)V压至0)V(无换流站闭锁)(约3ms)V(故障线路开断)V(故障线路开断)√(故障线路开断)(约3ms)■■(约100-1000ms)V复直流电压和功率)V电压和功率)■合计最短时间约9ms系统节点持续进行功率输送系统节点持续进行功率输送□直流故障穿越——故障影响范围多端直流系统直流电网+直流机械开关站3站3防防口口国家电网阳断能力外特性变电压反向变型MMC)。换流阀■500kV半桥MMC换流阀■500kV快速直流机械开关■500kV直流断路器■直流电网超高速保护技术口张北工程采用四端环网对称双极接线方式，断路器配置为简化单母线接线口系统中共需要500kV换流阀8台，直流断路器1