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技術文章 | Technical articles
目前我國柔性直流輸電技術已實現廣泛應用，如舟山、廈門、魯西、渝鄂、張北、如東等柔直工程，以及昆柳龍、建蘇等受端采用柔直技術的混合直流工程。甘肅—浙江±800千伏特高壓直流輸電工程直流受端500千伏配套工程日前在浙江啟動，該工程是全球的第1個特高壓柔性直流工程。根據工程實踐經驗和科學理論研究，柔性直流輸電技術存在優勢和不足。主要優勢在于，柔性直流輸電技術不依賴交流系統運行，無換相失敗問題。由于柔性直流輸電采用的是全控性器件——絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），可以通過觸發脈沖控制IGBT的導通和關斷，換流站不依賴交流系統運行，不會出現換相失敗問題。有功無功四象限功率調節能力，柔性直流輸電可對有功和無功功率進行解耦控制。在容量允許的情況下，換流器可以動態調節與交流系統交換的無功功率，進而維持交流母線電壓的穩定。技術不足在于，相比于常規直流技術，柔性直流技術投資成本較大，主要是其換流閥采用了模塊級聯的方式，當電壓等級高時，橋臂中需要串聯大量的子模塊，相同功率條件下柔性直流輸電的投資成本更大。柔性直流技術在電網運行中應用大量電力電子設備，工程投產前難以全面識別全部振蕩模式，系統發生振蕩風險高。IGBT是柔性直流技術核心元件，當前應用較多的IGBT器件均為小容量，大容量IGBT尚無應用實例。
一、適用范圍（LYCJ2000升壓變“雷電截波發生器"操作方案）
本發生器適用于35千伏及以下電壓等級的空氣間隙，套管、電力變壓器(容量2000VA及以下)和互感器等試品進行標準雷電沖擊電壓全波試驗。
二、一般使用條件（LYCJ2000升壓變“雷電截波發生器"操作方案）
※ 海拔高度：<1000m
※ 環境溫度：－10℃～＋40℃
※ 相對濕度：<80％（25℃）
※ 極大日溫差：25℃
※ 使用環境：戶內
※ 無導電塵埃
※ 無火災及爆炸危險
※ 無腐蝕金屬和絕緣的氣體
※ 電源電壓的波形為正弦波,波形畸變率<5%
※ 接地電阻小于0.5Ω
※ 安裝地點:戶內
三、遵循技術標準（LYCJ2000升壓變“雷電截波發生器"操作方案）
※ GB7449 電力變壓器和電抗器的雷電沖擊和操作沖擊的試驗導則
※ GB1094.3 電力變壓器第3部分 絕緣水平和絕緣試驗
※ GB/T 311.1 高壓輸變電設備的絕緣與配合
※ GB/T 16927.1 高電壓試驗技術 第1部分 一般試驗要求
※ GB/T 16927.2 高電壓試驗技術 第2部分 測量系統
※ GB/T 16896.1 高電壓沖擊試驗用數字記錄儀
※ ZBF 24001 沖擊電壓試驗實施細則
※ GB/T11920 電站電氣部分集中控制裝置通用技術條件
※ GB/T191 包裝儲運圖示標志
※ DL/T 846.1 高電壓測試設備通用技術條件 第1部分：高電壓分壓器測量系統
※ DL/T 848.2 高壓試驗裝置通用技術條件 第2部分：工頻高壓試驗裝置
※ DL/T 848.5 試驗裝置通用技術條件 第5部分：沖擊電壓發生器
※ DL/T ′′′′ 《高壓線路絕緣子沖擊電壓擊穿試驗?定義、試驗方法和判據》的規定
四、設備組成（LYCJ2000升壓變“雷電截波發生器"操作方案）
1.LYCCD－100直流充電裝置 1套
2.LYCJ2000-400沖擊電壓發生器本體(包括全部調波元件) 1套
3.LYRF－400弱阻尼電容分壓器 1套
4.LYAT自動測控系統 1套
5.LYFJ二次回路測量線、控制線 1套
五、主要技術指（LYCJ2000升壓變“雷電截波發生器"操作方案）
系統技術參數
1、標稱電壓：400kV
2、額定級電壓：100kV
3、額定能量：20kJ
4、沖擊電容量：0.25 uF
5、總級數：4級
6、額定級電容量：1uF (單臺脈沖電容器2uF/2×50千伏，共4級)
7、沖擊電壓波形： 雷電波：T1=1.2uS±30%、T2=50uS±20%、峰值電壓偏差≤3%，
截波時間：2～5uS；沖擊電壓波形參數及其偏差均符合GB/T 311.1及GB/T 16927.1國家標準的要求。
8、電壓利用系數：負荷電容為1000PF以下時，標準雷電波的電壓利用系數≥90%，
9、同步范圍：級電壓在20%～100%額定電壓范圍內，正負極性同步范圍不小于20%;
10、同步放電失控率：<2%
11、極低輸出電壓：≤±20%額定電壓
12、充電電壓不穩定度：<±1.0%
13、使用持續時間:在2/3額定電壓以上，每120秒充放電一次可連續運行，在2/3額定電壓以下，每60秒充放電一次可連續運行
六、主要元件的技術說明：
1、直流充電部分
(1)采用可控硅恒流調壓裝置,額定輸出電壓±100kV,額定輸出直流電流10-100mA；
(2)采用油浸式充電變壓器，次級電壓50kV，額定容量5千伏安；
(3)采用LYDL-200kV/100mA的高壓整流硅堆,反向耐壓3200kV，平均電流30.1A，高壓整流硅堆安裝在充電變壓器內，可由傳動機構自動倒換充電電壓極性。控制臺上有極性開關轉換按鍵；
(4)高壓整流硅堆保護電阻采用漆包電阻絲有感密繞在絕緣管上；
(5)自動控制時，恒流充電裝置在10%～100%額定充電電壓范圍內，實際充電電壓與整定電壓偏差不大于±1%，充電電壓的不穩定性不大于±1%，充電電壓的可調精度為1%；
(6)直流電阻分壓器1只，采用100kV，200MW，油浸式金屬膜電阻。低壓臂電阻裝在分壓器底法蘭內，低壓臂上的電壓信號用屏蔽電纜引入控制臺內；
(7)自動接地開關采用電磁鐵分合接地機構，試驗停止時可自動將主電容器短路并經保護電阻接地；
(8)充電變壓器(包括高壓整流硅堆及極性轉換裝置)及其保護電阻，自動接地開關和絕緣支柱等安裝在一個底盤上；
2、本體部分
(1)主體結構形式采用仿德國HIGHVOLT-H型
(2)本體采用雙邊不對稱充電回路，每級額定電壓100kV；
(3)本體絕緣支柱4級塔式結構.每級包括1臺MWF100-3鐵外殼油浸式脈沖電容器、充電電阻、波頭電阻、波尾電阻和點火球隙等，當產生雷電波時，根據試品電容量大小，選擇適當的雷電波波頭電阻、波尾電阻和級數；
(4)級脈沖電容為3±0.05mF，直流工作電壓±100kV，電容器剩余電感￡0.15mH，電容器出線套管能夠承受垂直拉力15kg，同時保證不損壞和滲漏油，電容器出線套管能夠承受垂直拉力15kg，在以上范圍無損壞和滲漏油,電容器安裝就位無變形；
(5) 波頭電阻、波尾電阻均采用板形結構，無感繞制。
電阻采用西門子的特殊結構，保證電阻的熱容量能滿足試驗要求；剩余電感小；
(6) 接頭均為彈簧壓接式，方便調波時的插拔且接觸可靠；
(7) 波頭、波尾電阻支架可以由多支電阻同時并聯使用；
(8) 第1級球隙采用雙邊異極性觸發，第2級至第四級球隙均采用三間隙橢圓球隙點火，從而保證觸發的可靠性；
(9)各級球隙距離由低速永磁電動機驅動作直線調整，裝置噪音小，定位無慣性，準確、快速，控制顯示對應球距的放電電壓；
(10)球隙距離也可在控制部分人為干預；
(11)本體可每2級或多極并聯使用，并聯連接桿采用統一接插件，方便換接；
(12) 本體支柱采用玻璃鋼材料制造，很高電位的部分采取抗老化和電暈的措施；
(13) 各級均采取防暈措施，在充電過程中不會出現明顯電暈。
3、LYRF-400kV/300pF沖擊弱阻尼分壓器
（1）高壓臂由電容器組成，電容額定參數400kV/300pF
（2）額定雷電沖擊耐受電壓為400kV
（3）分壓器分壓比為：2000：1
（4）測量不確定度：小于2.5％
（5）過沖：≤20%
（6）部分響應時間：≤100ns
（7）弱阻尼電容分壓器的方波響應特性滿足GB/T 311.1及GB/T 16927.2的標準要求
4、LYAT控制測量系統
※ 本套設備采用具有先進水平的計算機測控一體化系統,將控制和測量功能組合在一起。
※ 控制系統采用了日本三菱公司的PLC可編程控制器，使控制系統實現了小型化、智能化及高可靠性。
※ 屏幕采用10"觸摸屏。
※ 控制部分和本體的信號傳輸采用光纖傳輸，具有雙向信號處理功能，從而提高了控制系統的可靠性。
※ 控制系統中關鍵的元器件及部件全部選用進口件，如：PLC可編程控制器采用日本三菱公司、示波器采用美國泰克公司等。
※ 測量系統具有波形顯示、分析、成圖和打印等功能。可以按照高壓試驗的習慣設定測量參數從而自動整定好數字示波器。可自動計算各個波形參數，所采用的計算方法按照GB/T16896.1-1997及IEC1083標準的規定。
※ 控制測量系統采用了先進的抗干擾技術，在高電壓、強電場的環境下運行，系統測量準確、控制方便、可靠。
控制系統技術說明如下:
※ 控制系統的主要目的是控制沖擊電壓發生器操作，完成正常的充放電過程，所有運行參數均可通過觸摸屏的操作來完成，并對設備運行參數進行實時監控。
※系統控制方式為手動或自動,自動控制方式能按規定的程序進行沖擊電壓試驗，在界面顯示發生器狀態(接地/不接地,充電速度,充電電壓,球距等)。
（1） 動作控制
能夠手動或自動控制放電球距跟蹤充電電壓，并顯示放電球距值；
控制本體自動接地；
沖擊次數預置、極性自動換接等功能；
控制并顯示截波球距。
（2）充電控制
充電電壓,充電速度,充電極性直接由界面輸入設定；系統自動跟蹤設定電壓下的球隙跟蹤。充電方式采用可控硅調壓方式恒流充電。能夠自動控制沖擊電壓發生器的充電過程，可以根據試驗要求，調節充電電壓和充電時間，并顯示充電電壓值；可控硅調壓方式較之傳統的調壓器調壓方式，具有體積小，響應速度快，控制精度高。充電穩定度0.3%，充電速度可調。
采用自控方式充電時,能使充電電壓按所需的充電曲線上升，自動穩定在預先整定的充電電壓值上，從而保證了充電的均勻性、重復性和試驗結果的準確性。
（3）觸發控制
采用高性能的點火脈沖放大器，能夠產生大于15kV/100nS的脈沖電壓，確保沖擊設備點火可靠，同步放電穩定。
截波延時方式采用電子延時回路，可方便地獲得2～6μS的截波觸發延時，穩定性好，精度高，截斷分散性小于0.1μS，點火脈沖延時可調范圍：0～9.9μS。
（4）可靠聯鎖控制
整個系統具有完善的警燈、警鈴等試驗區的報警功能和控制接口；
具有自動接地和可靠接地與系統聯鎖，過流和過壓保護功能；
緊急停止功能。
（5）擴展功能
能與其它計算機通過串口進行通訊和數據交換；
測量系統結構說明如下：
測控一體化工作臺為兩聯柜形式，顯示器、鍵盤、鼠標放置在桌面上，計算機主機、示波器、隔離濾波電源、UPS放在辦公桌內，繼電器、PLC、過電壓和過電流保護元件等放置在本體底盤內。
用戶在系統界面上選擇“波形分析"功能后,系統進入測量功能設置界面。
測量系統以美國泰克公司的數字存儲示波器TBS-1102B為波形數據采集平臺,工作方式的設置由測控軟件（具有軟件著作權）自動完成。其帶寬100MHz，標稱分辯率達9bit，很高采樣速度達2. GS/s，記錄長度10M，通道2個；可記錄雷電全波和雷電截波。用戶只需根據界面提示，輸入各項試驗條件即可（用戶也可選擇其它示波器）。
系統可以完成表1所示的各種沖擊電壓的測量和表2測量誤差及系統波形參數分析功能。
表1 沖擊電壓波形及其參數
波形 | 參數 |
雷電沖擊標準波 | 峰值/波前時間/半峰值時間 |
表2 測量系統不確定度(含分壓器)
測量的沖擊波類型 | 測量系統不確定度(含分壓器) Ke￡ % |
標準雷電波/截波 | 3 |
沖擊電壓的所有信息均以位圖(.bmp)文件和數據文件(.DAT)格式保存在硬盤上。
系統的典型測量功能包括:
沖擊電壓測量和波形分析: 2通道,很高采樣速率1.25GS/S
不同沖擊電壓波形的比較和離線分析: 可將試驗得到的波形 以數據文件(*.DAT)的格式存盤，從硬盤中讀出并顯示在屏幕上，幫助用戶比較不同沖擊試驗得到的沖擊試驗波形
試驗報告數字化: 點擊菜單項“試驗報告"可直接進入中文Word ，在已設計好的沖擊試驗報告模板上編寫試驗報告。利用Word 強大的處理功能, 輸入文字，繪制和插入電路接線圖，插入試驗波形圖，存儲、打印試驗報告等。
多時基波形顯示: 系統具備將各個通道波形數據(例如變壓器的入波電壓和示傷電流波形)分別獨立按不同的時基顯示的功能，方便用戶分析波形。
控制系統技術參數
充電電壓整定范圍 0.5～100.0kV
充電電壓 0.5～100.0kV
充電電壓調節精度 1 %
充電電壓不穩定度 < 1 %
充電時間設定范圍 30～900S
充電時間調節精度 1 S
報警延時 2 S
截波觸發脈沖延時 0.0～9.9μS
截波延時調節精度 0.1μS
沖擊試驗次數設定范圍 0～99次
沖擊試驗次數調節精度 1次
輸入電源電壓 220VAC±10%
輸出交流電壓 0～220VAC(連續)
輸出交流電流 0～16A
雙屏蔽測量電纜
哈密—重慶特高壓工程巴里坤換流站最后4臺換流變壓器安全抵達新疆三塘湖交貨火車站。至此，2025年涉及投運的“兩交五直"特高壓工程所有大件設備全部到貨。
“兩交五直"工程大件設備共涉及換流變壓器、1000千伏主變壓器共244臺，采用公路、鐵路、內河、海運等多種組合運輸方式，歷時15個月，累計運輸133批次，里程53.9萬千米。
在物資履約過程中，國網物資公司精準施策，成立換流變壓器生產運輸專項工作組，組織明確供貨計劃，研判解決關鍵組部件供貨瓶頸，專項開展駐廠催交工作。該公司制訂換流變壓器“應發盡發+現場暫存"方案，全程做好暫存管理，確保設備安全及質量；應用電力物流服務平臺（ELP）做好設備在途監控，實時掌握運輸狀態、位置信息及預計到達時間等關鍵數據，實現精準管控。
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