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1、直流工程换流器的比较实践电 1301 王晓萌 1131180924 2016.4.10 高压直流输电系统的基本工作原理是通过换流装置，将交流电转 变为直流电，将直流电传送到受端换流装置，再由该换流装置将直流 电转变为交流电送入受端交流系统。其中具有将交流电转变为直流电 或直流电转变为交流电的设备统称为换流装置，也叫换流器。 1.换流器1.1 换流器的功能 换流器可以将交流电转变为直流电状态，此时处于整流状态，这 时的换流器也称为整流器；换流器也可以将直流电转变为交流电状态 此时处于逆变状态，这时的换流器也称为逆变器。1.2 换流器的工作原理1.2.1 12 脉波整流器工作原理12 脉波换流器由
2、两个 6 脉波换流器在直流侧串联而成，其交流 侧通过换流变压器的网侧绕组实现并联。换流变压器的阀侧绕组一个 为星形连结，另一个为三角形联结，从而使两个 6 脉波换流器的交流 侧得到相位差为 30的换相电压。大容量高压直流输电工程通常采 用两组双绕组换流变压器，如图1-1 所示，小容量直流输电工程一般 采用一组三绕组换流变压器，如图1-2 所示。L12p$6p$6p厶L图1-1单相双绕组换流变压器交流系统6p6p交流系统1r11L1图1-2三相三绕组换流变压器图中T为换流变压器，12p为12脉波换流器，6p为6脉波换流器,Ld为平波电抗器。d以下以两组双绕组换流变压器联结形式为例分析双桥 12
3、脉波整 流器的工作原理。假设Yy联结换流变压器超前于Yd联结换流变压器，则桥1对应 阀臂的开通时间应先于桥 2 的对应阀臂 30导通，而每个单桥内部 的 6 个阀臂仍然按照 60的间隔顺序轮流导通。因此， 12 阀臂的导 通顺序为：VT、VT、VT、VT、VT、VT、VT、VT、VT、11 12 21 22 31 32 41 42 51VT52、VT61、VT62 ,VT11（循环）。每个相邻阀臂的导通间隔为30 ， 52616211如图 1-3 所示。其中，阀臂编号的第一个数字表示其在本单桥内的导 通顺序，第二个数字代表其所在单桥的编号。图1-3双桥12脉波整流器原理图 其原理如下。12个阀
4、臂的导通顺序为：VTn、叫、VT21、VT22通fl、VT12、VT21、VT、VT 通 f VT、VT、VT、VT 通 f VT、3112VT 、21VT22、2231122122VT通f VT、 VT 、 VT 、VT 、VT通fVT 、 VT 、VT 、VT 通3112 21 22313221 223132fVT 、 VT、VT、VT、VT 通 f VT、VT、VT、VT 通 f VT、21 223132412231324122VT、 VT 、VT、VT 通 f VT、VT、VT、VT 通f VT、VT 、313241 42313241 423132VT、 VT 、VT 通f VT、VT
5、 、VT、VT 通 f VT、VT 、VT 、41425132414251324142VT、VT 通 f VT、VT、VT 、VT通 fVT、VT、VT 、VT 、515241 42515241 425152VT通f VT、 VT 、 VT 、VT 、VT通fVT、VT、VT 、VT 通f VT、VT、VT、VT、VT 通VT、VT、VT、VT 通VT、51 52 61 62 11 52 61 62 11 52VT、VT、VT、VT 通VT、VT、VT、VT12 通VT、VT、61 62 11 12 61 62 11 61 62VT、VT、VT 通VT、VT、VT、VT 通VT、VT、VT、1
6、1 12 21 62 11 12 21 62 11 12VT、VT 通VT、VT、VT、VT 通一（循环）。21 22 11 12 21 22在桥1换相过程中，桥2的整流电压仍然保持u二u。由此说d 2 c明工况 4-5 时，双桥换流器中邻桥的换相不影响本桥的整流电压。其中工况 4-5 的意思是指在 30的重复周期中， 4 个阀臂和 5 个阀臂轮 流导通的运行方式，如上面所写的导通顺序。而因为换流变压器 T1和T2的联结组标号差异而导致两个单桥的换相电压产生30电角度 差，桥1 和桥2 的整流电压波形也会相差30电角度，于是双桥12脉波换流器的整流电压u二u + u 波形为两个单桥直流电压波形
7、叠 d d 1 d 2加的结果，如图 1-4 所示。图1-4双桥12脉波换流器整流电压叠加示意图双桥整流器a相电流傅里叶级数展开式为2 J3 I兀 d1 1 1 1cos t cosllet + cosl3t cos23et +cos25et 11l32325其波形为图1-5计及换相时双桥12脉波整流器交流电流波形整流电压平均值为cos(=2U cos a +d0式中，u =竺2E，为单桥的理想空载直流电压，E为交流等值线电d 0兀压有效值。1.2.2 12 脉波逆变器工作原理12 脉波逆变器又称为双桥逆变器，其电路结构与双桥整流器完 全一样，也是由两个6 脉波换流器直流侧串联同时交流侧通过换
8、流变 压器与交流电网并联而成。与 12脉波整流器的区别在于12脉波逆变 器的触发延迟角为钝角，因此， 12 脉波逆变器的工作过程与12脉波 整流器相似，其交流侧每相电流中也含有h = 12k 土 1次特征谐波，直 流侧整流电压中含有h = 12k次特征谐波。12 脉波逆变器整流电压平均值为U二2fU cos卩+竺t i 以触发前角表示d ( d 0兀 d丿U二2 f U cos Y-竺t i 以关断角表示d ( d 0兀 d丿2.换流阀的比较12 脉波换流器由 12个桥臂组成，在直流输电系统中，桥臂也称 为换流阀，阀臂，或简称阀。换流阀是换流器的基本单元，是进行换 流的基本设备。晶闸管换流阀由
9、几十到数百个晶闸管器件串联而成。 为了保证换流阀运行的可靠性，晶闸管换流阀在结构上大多采用组件 形式，即每个晶闸管器件与其均压元件、阻尼电路和控制单元组成一 个晶闸管级，晶闸管级中，与晶闸管器件并联的均压阻尼电路包括静 态均压电阻R和阻尼电路R1C1。几个或十几个晶闸管级串联组成一 个阀组件数个阀组件采用分层布置，串联组成一个换流臂，即一个单阀，单阀再组成四重阀或二重阀。换流阀通常布置在户内，户内阀的图2-1二重阀和四重阀阀导通条件：阳极电位高于阴极电位，阀承受正向电压；有触发 脉冲。2.1 二重阀塔2.1.1 二重阀塔的结构一般将两个单阀垂直组装在一起构成6 脉波换流器一相中的两 个阀，称为
10、二重阀。其外形如图2-1 所示。图2-2二重阀塔外形图2.1.2 二重阀塔的注意事项关于主排气管下面的二重阀需要注意两点：一是驱动阀动作的气缸行程要控制在130T40mm的范围内（气 缸本身的行程为150mm）。太小，排出灰尘的空间不够，将造成排灰 不畅；太大，则金属粉末烘干机在阀体磨损后达到气缸的极限行程 150mm时，阀体关闭不严，造成漏风，并影响排灰。如果行程超过 规定范围，可增减阀座与杠杆间的垫板予以解决。二是应在阀体密闭的状态下做盛水检查。如果漏水，雷蒙磨机使 用中也要漏风。无论在制造厂还是在安装完成后，都要对此进行逐个 检查。2.2四重阀塔2.2.1 四重阀塔的结构由四个单阀垂直安
11、装在一起构成 12 脉波换流器的一相中的 4 个 阀，称为四重阀。其结构如图 2-2 和 2-3 所示。图2-3四重阀示意图1iJ?JD卫HU图2-4四重阀塔外形图2.2.2 四重阀塔的特点 四重阀塔结构紧凑，可大大减少阀厅空间。三相共 3 个四重阀塔 布置在一个阀厅内，即所谓三相四重阀，只需每相各一个四重阀塔。 四重阀塔可以分为支撑式阀塔和悬吊式阀厅，大多数采用悬吊式阀塔 因为它防震性能好。2.2.3 四重阀塔注意事项 框架支架的设计，除了起到固定阀的作用外，还要作为阀装吊时 的承力结构，应最大限度保持阀模块免受地震产生机械应力的破坏和 阻尼机械共振。模块外屏蔽材料要防止模块中电气元件电位不
12、等、电场分布不均 引起的局部放电现象。阀塔整体布局要考虑爬电距离、绝缘间隙、内部干扰、杂散电感 和电容分布、水压要求、重量分布、安装简便性、维护和试验简易性静态均压电阻要远小于晶闸管关断时的电阻以保证是均压电阻 在分压。参考文献：1 韩民晓，文俊.高压直流输电原理与运行.机械工业出版社.2012.112 作者不详.宁东山东士660kV直流输电工程换流阀技术特点研究3 文俊.现代 HVDC 换流阀设计特点及其技术动向4 韦延方.适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流 器最新研究进展张尧.基于RTDS双12脉动换流器解_闭锁策略的仿真6 马勇杰.换流站阀厅结构选型与抗震分析7 胡蓉.500kV换流站四重阀阀厅金具电场计算与分析
