换流阀是换流器的基本单元设备，是进行换流的关键设备，是换流站的核心设备之一。换流阀系统应能在预定的外部环境及系统条件下，按规定的要求，安全可靠运行，并满足损耗小、安装及维护方便、投资省的要求。安装完成的换流阀见图26-7。
图26-7 安装完成的换流阀
1）系统对换流阀的要求
连续运行额定值和过负荷能力应根据系统要求确定。
直流系统长期过负荷能力可按额定输送容量的1.0～1.05倍考虑。
根据以往直流工程的经验和目前晶闸管的制造水平以及触发控制系统的性能水平，整流的触发角的额定值一般取15°，逆变熄弧角的额定值一般取17°。
2）阀组电压
特高压直流输电系统推荐采用双极、每极双12脉动换流阀组串联接线方案，每站共4组12脉动阀组。上12脉动换流阀组和下12脉动换流阀组（400kV+400kV）或（550kV+550kV）电压组合方案。
3）阀的电气性能及参数选择
（1）阀的电气性能和元件特性
换流阀性能的优劣与晶闸管元件特性直接相关。从换流阀设计的基本要求看，阀的优化是综合考虑技术和经济的复杂问题，其中串联晶闸管元件最少和优选晶闸管元件参数是阀设计的一个重要目标。
云南-广东直流工程，普洱-江门直流工程额定电流3150A，二者均采用5英寸晶闸管，向家坝-上海直流工程额定电流4000A，锦萍-苏南直流工程额定电流为4500A，溪洛渡左岸-浙江金华、哈密南-郑州工程直流额定电流5000A，准东-皖南直流工程额定电流5455A，锡盟-泰州工程、上海庙-山东工程直流额定电流达到了6250A，也选用6英寸晶闸管换流阀。
（2）阀的耐压性能要求
晶闸管阀应能承受各种不同的过电压，阀的耐压设计应考虑保护裕度，阀和多重阀单元的耐压保护裕度见电气设备的绝缘水平。换流阀的冗余度不宜小于3%。
（3）阀的电流性能要求
晶闸管阀不仅应能负载额定运行工况、连续过负荷及短时过负荷工况下的直流电流，这是由直流系统正常运行方式所决定的，而且还应具有一定的暂态过电流能力，这是由系统故障条件提出的要求。
（4）阀的损耗特性
换流阀的损耗是高压直流输电系统性能保证值的重要基础，是评价换流阀性能优劣的重要指标。根据直流工程的经验，换流站在额定工况时的损耗约占传输功率的1%不到，而阀的损耗则占全站损耗的25%左右。尽量降低阀的损耗是晶闸管阀设计的主要任务之一。
晶闸管以及辅助元件的参数确定后，阀的损耗可通过计算得到。损耗主要由直流额定电流、晶闸管的通态电阻、正向压降、恢复电荷、触发角度、以及阻尼电容、阻尼电阻值等决定；在满足正常运行的前提下，阀内各个元件的参数选择应尽量使得损耗降低。
4）阀的热性能(www.xing528.com)
晶闸管元件目前制造水平是正常工作结温不得超过90℃，冷却系统额定容量选择应满足这一要求。
各种暂态故障电流将决定晶闸管元件的最高允许结温。换流阀承受故障电流的过程，对晶闸管元件来说可以假定为一个绝热过程，冷却系统和散热器基本不起作用，此过程表现为晶闸管结温的急剧上升。评价阀承受故障电流的能力，主要看故障末期结温以及故障切除后马上承受正向工作电压时的最大结温。要求实际最大结温应小于导致永久损坏晶闸管元件的极限结温，并留有一定裕度。目前国际上的制造水平为：
导致永久性损坏的极限结温： 300℃～400℃
承受最严重故障电流后的最高结温： 190℃～250℃
5）阀的触发
世界上已投运的直流输电工程，阀的触发方式主要有光电转换触发和光直接触发两种。
光电转换触发是目前使用最普遍的触发方式，在向上工程中ABB和SIEMENS公司研制的换流阀均采用光电转换触发方式。
6）阀的控制与保护
采用光电转换触发的晶闸管换流阀，其控制和保护由阀电子设备实现，包括晶闸管控制单元、阀基电子设备和晶闸管元件监测设备。阀控系统则主要负责阀组的运行控制。
换流阀的保护可分为阀内部保护及阀外部保护两个部分。
阀的内部保护措施主要有避雷器保护及正向保护触发（BOD）。BOD保护用于防止晶闸管元件在没有正常的控制脉冲时承受正向过电压，反向过电压主要由阀避雷器实现。阀的保护还包括冷却系统的控制保护。
阀的外部保护主要由换流站的阀组和极保护区的过电流保护、阀桥差动保护、极差动保护及过电压保护所组成。
7）阀的结构，冷却方式及绝缘方式
换流阀的结构设计与冷却方式和绝缘方式有关。从绝缘方式看，换流阀有空气绝缘、油绝缘和SF6绝缘。从冷却方式分，换流阀有水冷却、风冷却、油冷却、氟利昂冷却等。阀的绝缘方式和冷却方式之间的配合主要有4种形式。
已建和在建的特高压直流工程中，6英寸晶闸管换流阀采用空气绝缘水冷却方式，阀塔采用二重阀、悬吊式安装。换流阀塔为分层结构，每层由若干个阀组件构成，各层相串联而形成一个完整的阀塔。阀塔旁边设阀基电子设备（VBE/VCU），VBE/VCU与阀塔中的各晶闸管通过光缆相连，发送触发脉冲并监视各晶闸管的工作状况。阀塔配有自上而下的冷却水管，并配备漏水监视和保护装置，通过光缆与VBE/VCU相连。
8）换流阀对阀厅的要求
为保证换流阀的安全可靠运行，直流工程换流站的阀厅有如下列要求：
（1）阀厅应为金属全屏蔽，以屏蔽外部的电磁干扰和阀换相运行所产生的干扰。阀厅屏蔽效果（阀厅内外无线电信号测量之差）大于17dB（10.76～21.MHz）。
（2）阀厅应设置空调系统，控制温度和湿度到规定范围，保证在各种运行条件下阀的绝缘部件不出现冷凝及过热，阀厅正常运行时温度限制在10℃～50℃，极端温度不超过60℃。
（3）阀厅内应维持微正压，以防止灰尘进入，保持阀厅内空气洁净。
（4）阀厅应配备先进可靠的防火系统，包括耐火的结构材料，灵敏的火源探测及处理系统和有效的灭火装置。
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