特高压换流阀的结构设计

常规超高压直流系统通常采用单12脉动换流器接线，而在特高压直流系统中，接线方式采用双12脉动换流器串联，即每极由2个12脉动换流器串联构成。每个12脉动换流器布置在单独的阀厅，因此特高压直流换流阀有高压阀厅和低压阀厅之分。换流站单极双12脉动换流器的主电路示意如图21-4所示，与此对应的单极换流阀具体布置如图21-5所示。

图21-4　换流站单极12脉动换流器的主电路示意

图21-5　换流站单极换流阀布置

与常规超高压直流系统相同，特高压直流换流阀由换流阀组件、换流阀控制与保护系统和换流阀冷却系统组成，下面对各部分进行具体介绍。

（1）换流阀组件

在特高压直流系统中，换流阀采用模块化设计，换流阀组件是构成特高压换流阀的核心元件，1个单阀包括2个换流阀组件。每个换流阀组件由2个相同的阀段组成，每个阀段由数个晶闸管单元和2台串联的饱和电抗器，以及1台均压电容组成[3]。每个晶闸管单元则由晶闸管、阻尼回路及直流均压电阻等组成。换流阀的组成结构如图21-6所示。

图21-6　特高压换流阀结构示意图(www.xing528.com)

为了实现对晶闸管的均压、控制、保护及散热等功能，保证换流阀安全可靠地运行，换流阀组件中包括相应的电子电路、饱和电抗器，以及均压阻尼回路等设备。其中，晶闸管的触发电路与每个晶闸管一一对应，晶闸管的触发方式主要有光电触发和光直接触发，目前两者在工程中都有应用。与常用且成本低的光电触发方式相比，光直接触发式晶闸管结构更简化，换流阀整体可靠性更高，具有极大的发展潜力。饱和电抗器与数个晶闸管单元串联，主要用于抑制峰值电压、电流和辅助均压。由于阀塔内杂散电容的存在，使得阀段在陡前波冲击电压下的电压分布不平衡，故在每个阀段的两端并联一台均压电容，用于阀段间的均压作用。均压阻尼回路由阻尼回路和直流均压电阻组成，与每个晶闸管元件逐个并联，目的是在工频和操作冲击浪涌电压下保证晶闸管级间电压的线性分布，起到均压和保护的作用。

向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程中复龙站使用的换流阀布置如图21-7所示。该换流阀采用空气绝缘、纯水冷却、悬吊式二重阀结构，按双12脉动接线方式布置，两个12脉动桥分别安装在低压阀厅（400kV）和高压阀厅（800kV），高低压阀厅串联后最终向直流输电线路提供800kV直流电。该工程中，单个换流阀由60个晶闸管单元（2个冗余）和8个阀电抗器串联而成。工程中采用模块化技术，由多个阀段串联构成单阀，每个阀段由15个晶闸管单元与2台阀电抗器串联，再与1台均压电容器并联组成一个阀段。各元件具体参数见表21-1[3]。

图21-7　复龙站使用的悬吊式换流阀

表21-1　复龙换流站单个换流阀参数

（2）换流阀控制保护系统

晶闸管的控制与保护系统又称门极单元（GU），它可以响应来自阀基电子设备（VBE）的启动脉冲而发出触发脉冲，在过电压等异常情况下则提供保护性触发。另外GU还实时地将元件监测信号反馈给VBE，后者对各个元件的运行状态、d u/d t过电压保护、负电压检测等进行统计后传输给晶闸管监测设备。晶闸管监测设备与阀控、站控系统连接，实现故障判断和定位等高级功能。

（3）换流阀冷却系统

换流阀的冷却系统一般采用空气绝缘水冷却方式，目的是保持晶闸管元件结温在60～90℃的正常工作范围，保证换流阀在系统额定运行状况甚至过负荷运行时均可继续稳定地运行。