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特高压6250A直流输电换流阀 填补多项国际空白

时间:2015-11-05  来源:科技日报   发布:高端装备网 
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  我国是一个能源与电力负荷分布不平衡的国家,全国煤炭资源近80%集中在西部、北部地区,2/3以上的可开发水能资源分布在四川、西藏和云南,而全国2/3以上的电力负荷集中在京广铁路以东地区。特高压直流输电正是满足我国超大容量、超远距离输电,实施西电东送战略的重大技术,能有效解决清洁能源并网,减少大气污染,带动基建、电力装备等产业联动,是保增长、调结构、促消费、治雾霾的重要举措。

 

  换流阀设备是特高压直流输电工程的核心部件。目前,国内运行的特高压换流阀产品额定电压为±800kV,额定电流5000A。国外电压等级最高的直流工程是印度±800kV、3750A特高压直流输电工程。特高压6250A直流输电换流阀输送容量较±800kV/5000A换流阀提升了25%。进一步提高了输送效率,大大节约了成本,在世界范围内属于同类产品通流能力之最,在国际上属首次开发。

 

  在国家电网公司科技项目及许继集团重大科研项目等多个项目基金支撑下,通过对高压直流输电换流阀设备关键技术的探索、研究,许继集团成功研制出了6250A特高压直流输电换流阀设备,全面攻克了6250A直流换流阀基础理论、成套设计、关键设备研制、集成技术和试验技术,掌握了核心技术,形成自主知识产权,满足我国电力技术及建设快速发展的战略需求。

 

  项目创新点

 

  许继集团作为国内重要的换流阀研发生产企业,参与了我国已建成和正在建设的全部特高压直流输电工程换流阀技术研发与产品供货任务,为6250A换流阀关键技术突破奠定了坚实基础。

 

  按照国家电网公司的统一部署,许继集团积极组织科研团队开展技术攻关,突破了众多技术难题,历时8个月成功研制出世界首个额定电流6250A的特高压直流输电换流阀组件,并于2013年9月率先完成运行试验验证。本成果主要技术指标居世界第一:额定电流6250A,过负荷电流6238A,耐受故障电流63kA。

 

  项目在元部件散热、宽频建模、水路设计、冗余设计、多源合成试验等方面取得了一系列自主创新成果。

 

  主要创新点

 

  1、提出了大电流条件下换流阀散热及冷却优化设计方法。采用多物理场耦合仿真工具对换流阀冷却系统尤其是晶闸管以及阀饱和电抗器的水路系统进行电场、磁场以及热场仿真分析,提出冷却优化方案,以保证换流阀在额定功率及过负荷等特殊工况下的可靠运行能力。

 

  2、提出了大电流条件下换流阀的优化设计方法。研究了大电流条件下换流阀的电气性能,机械性能,热性能以及绝缘材料的老化性能。

 

  3、提出了换流阀关键元器件优化设计方法。关键元器件设计中,晶闸管、阀电抗器和散热器采用新的设计方法,确保元器件满足特高压大电流的运行条件。

 

  4、提出了特高压6250A换流阀绝缘配合优化设计方法。采用仿真计算和试验相结合的方法,研究了不同设计策略对最大电场强度、起晕电压、电压应力、电流应力、制造成本、阀及阀厅尺寸、可靠性等的影响。通过优化设计,大大降低了双阀组串联换流阀的绝缘水平,节约了成本,减小了阀厅尺寸。

 

  5、提出了换流阀高效冷却方法,发明了基于多列直通湍流式散热结构的换流阀串并联水路结构,克服了并联水路结垢和串联水路散热效果差的缺点,实现了高效散热和无结垢的统一。

 

  6、提出了阀控设备同步触发优化设计,解决了特高压条件下大规模晶闸管串联同步触发技术难题,做到了单阀内90个晶闸管触发时差小于1μs。

 

  7、首次在6250A阀控设备上实现接口信号录波功能,能够实时记录换流阀状态参数,以及控保接口信号,便于现场故障的快速定位。

 

  8、基于换流阀运行试验等效机理,采用多源合成试验方法研制出国际上综合试验能力最强(运行电流6.5kA,短路电流65kA)的换流阀合成试验回路。

 

  产品通过了运行型式试验和绝缘型式试验,获得授权专利9项,受理专利20项。

 

  社会经济效益

 

  ±800kV/6250A特高压直流输电工程额定输送容量可达10000MW,能够大大提高现有特高直流输电工程的电力输送能力,能够以高效环保的输电方式,减少输电走廊占地面积、提高输电效率、降低输电成本,满足国家大气污染综合治理方案的贯彻执行,并能作为全球能源互联网的有利实践工具,积极响应国家“一带一路”发展战略。

 

  国家电网2020年前规划将建设27回特高压直流输电工程,其中包括锡盟-泰州和上海庙-山东两条特高压6250A直流工程。此外,国外新兴经济发展体俄罗斯、巴西、印度、巴基斯坦等国家也规划了容量可观的特高压直流工程,由此可见,6250A特高压直流输电换流阀发展前景十分可观。

 

  通过6250A特高压直流输电换流阀项目的技术攻关与产品创新,许继集团获得了其核心关键技术,研发出具有完全自主知识产权的6250A换流阀产品。在完善国内自主化特高压直流输电换流阀设备产业链的同时,进一步巩固了我国特高压直流输电换流阀技术和产品国际领先的优势地位。

 

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