±800kV柔性直流換流閥電場仿真及試驗驗證

馬志榮 楊曉平 張艷梅 孫小平 鄭全旭 高旭

【摘 ?要】本文采用有限元數值方法，對±800 kV柔性直流換流閥電場分布計算。按照功率模塊最大運行電壓，校核換流閥的層間和模塊間絕緣性能;按照閥支架直流耐受試驗，校核換流閥的對地絕緣性能。仿真結果表明，±800 kV柔性直流換流閥中最大電場強度為1.67 kV/mm，以2.5 kV/mm作為起暈場強判據，試驗下，閥支架無起暈現象。換流閥閥端間交直流混合加壓試驗和閥支架直流耐受試驗，無放電現象，在局放滿足IEC62501要求。

【關鍵詞】柔性直流輸電;換流閥;閥塔;電場仿真;試驗。

Abstract：This paper uses the finite element numerical method to calculate the electric field distribution of ±800 kV flexible DC converter valve.According to the maximum operating voltage of the power module，check the insulation performance between the interlayer and the module of the converter valve;check the insulation performance of the converter valve according to the DC tolerance test of the valve bracket.The simulation results show that the maximum electric field strength of ±800 kV flexible DC converter valve is 1.67 kV/mm，and 2.5 kV/mm is used as the criterion of the field strength of the halo field.Under the test，the valve bracket has no halo phenomenon.The AC-DC hybrid pressure test and the valve bracket DC withstand test between the valve ends of the converter valve have no discharge phenomenon，and the partial discharge meets the requirements of IEC62501.

Key words：flexible direct current transmission;converter valve;valve tower;electric field simulation.

0 ?引言

柔性直流輸電技術適用于新能源并網、交流電網的異步互聯、構建直流電網、向無源系統及弱交流系統供電等優點，近年來得到了快速發展和應用【1-2】。目前國內外已建成大量的柔直工程[3]，國內正在建設有渝鄂±420 kV 直流背靠背聯網工程、張北±500 kV多端柔性直流示范工程。未來建設±800 kV柔性直流輸電系統，國內外目前尚無可借鑒的±800kV的柔直換流閥，換流閥是大型高電壓設備，是柔性直流輸電系統的核心設備，在閥塔的設計時，需對閥塔的電場分布進行計算，校核換流閥的絕緣設計和屏蔽設計是否滿足工程要求【6-10】。本文采用有限元軟件，對±800 kV 柔性直流換流閥的正常運行工況和過電壓時電場分布進行了分析計算，解決了局部電場分布不均勻的問題，并針對換流閥開展絕緣試驗驗證。

1計算方法及模型簡化

結合閥塔結構特點，采用有限元方法進行計算分析，并進行模型簡化。

1.1有限元計算方法

綜合上述閥塔電場仿真結果可知：

1）設計的換流閥閥塔內部電場分布均勻，且閥塔最大電場強度值滿足技術要求。

2）設計的換流閥閥塔屏蔽系統起到了良好的屏蔽作用，閥塔屏蔽外部電場分布比較均勻。

因此，換流閥閥塔的絕緣特性均滿足電場控制要求，閥塔在運行中不會發生放電現象，認為該換流閥絕緣設計可滿足工程應用需要。

3換流閥絕緣性能驗證

為檢驗±800 kV 柔性直流換流閥的絕緣性能，委托第三方進行了±800 kV/5000 MW 柔性直流輸電換流閥進行了型式試驗[17]。閥支架直流耐受試驗電氣實測參數見表1。

在閥端交直流電壓試驗中，換流閥無擊穿、閃絡現象，無發熱現象，局部放電滿足標準要求。

閥端間交直流混合加壓試驗功率模塊電壓與閥塔最大連續運行電壓仿真加載電壓一致，閥支架直流耐受電壓與閥塔直流耐壓仿真電壓一致，兩項試驗可以作為閥塔電場仿真結果的試驗驗證。由此，可以證明±800 kV 柔性直流換流閥耐壓設計滿足要求，換流閥在壽命周期內可安全性運行。

4 結論

本文用有限元數值方法，校核±800 kV 柔性直流輸電換流閥的絕緣設計，并經過閥支架直流耐受和閥端間交直流混合加壓試驗驗證。充分說明文中換流閥的仿真驗證手段有效，設計方案安全可靠。

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作者簡介：

馬志榮（1987—），男，陜西榆林，工程師，主要從事柔性直流輸電換流閥研發和工程應用。

楊曉平（1978—），男，吉林省吉林市人，工程師，博士研究生，主要從事電力電子技術在柔性交流和柔性直流輸電系統中的應用開發研究。

張艷梅（1984—），陜西富平人，工程師，工學碩士，主要從事柔性直流輸電換流閥研發和工程應用開發研究。

（作者單位：西安西電電力系統有限公司）