《高电压直流输电系统的设计毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高电压直流输电系统的设计毕业设计论文.doc（51页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、目录1 引言21.1 本课题主要涉及问题21.2 课题的国内外研究现状及存在的问题21.3 本文主要内容22 直流输电工程的特点22.1 与高压交流输电比较，直流输电有以下优点：22.2 直流输电与交流输电有如下缺点：23 500kV直流输电系统构成23.1 直流输电的换流技术33.1.1 12脉动换流单元33.1.2 基于电压源换流器的新型高压直流输电系统43.2 直流输电的设备43.2.1 换流阀43.2.2换流变压器73.2.3平波电抗器93.2.4滤波器103.2.5 无功补偿装置133.2.6晶闸管整流器的设计154 直流输电的过电压及绝缘配合214.1 换流站避雷器的选择214.2
2、 主要设备绝缘水平确定214.3 换流站的防雷保护224.3.1换流站防雷设计特点224.3.2换流站防雷措施225 直流输电系统保护装置236 电能在系统中的输送237 系统仿真247.1 整流部分247.2 逆变部分24结束语24参考文献25附录26致谢311 引言1.1 本课题主要涉及问题 本题目我们减少线损角度出发，掌握高电压直流输电系统的设计方法，培养自己独立思考和分析设计问题的工作能力。通过设计，培养综合运用电气工程基础理论、专业知识解决实际问题的能力和实践动手能力及创新精神，增强工程观念，以便能更好地适应工作的需要。1.2 课题的国内外研究现状及存在的问题从1954年第一条直流输
3、电线路问世以来，世界各国直流输电应用范围逐年扩大。直流输电的电压已从最初应用的100千伏提高到533千伏，输电功率已从20兆瓦提高到1920兆瓦，输送距离已从96公里增大到1414公里。随着对高压直流输电技术研究工作的不断深入和运行降压的不断积累，可以肯定，高压直流输电在未来电力系统中，将具有广阔的前景。由于国内能源资源与用电负荷分布极不平衡的特殊性，造成我国“西电东送、南北互联、全国联网”的远距离输电的必然性，形成了目前以三峡输电系统为主体，向东西南北方向辐射的北、中、南三通道为主的南北电网多点互联、纵向通道联系紧密的全国互联网格局，成为实现我国能源资源合理开发、优化配置、高效利用的必然选择
4、。发展超、特高压交、直流输电势在必行。过去几年，500 kV直流输电在我国得到了长足发展，成为“西电东送”的重要方式。1.3 本文主要内容远距离输电有两种方式，一种是直流，一种是交流，采用交流电是因为收发两端不需要转换可直接变压后使用，采用高压是因为减少输电线损失。而高压直流输电是用来克服高压交流输电中导线的电感作用，比如在人口密集的城市输电时要用地下电缆，电缆在金属芯线的外面包着一层绝缘皮，水和大地都是导体，被绝缘皮隔开的金属芯线和水（或大地）构成了电容器。在交流输电的情况下，这个电容对输电线路的末端（受电端）起旁路电容的作用，并且随着电缆增长而增大，旁路电容会增大到交流几乎送不出去的程度。
5、这时交流输电已无实际意义，只能用直流输电，因为电容对稳定的直流不起作用。 电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流输电是直接从直流电源送往直流负荷，不需要经过换流，随着交流发电机、感应电动机和变压器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流取代。由于变压器可以很方面的改变交流电压，从而使交流输电和交流电网得到迅速的发展，并很快占据了统治地位。但是交流还是有交流所不能取代之处，如远距离电缆送电、不同频率电网之间的联网等。高压直流输电在远距离大容量输电和电力系统联网方面具有明显的优点，它将在我国西电东送和全国联网工程中起到重要的作用。至目前我国已有高压直流输电工程陆续投入运行1。2 直流输电工程的特点
6、2.1 与高压交流输电比较，直流输电有以下优点：(1)输送相同功率时，线路造价低。(2)线路损耗小(3)适宜于海下输电。(4)没有系统稳定问题(5)调节速度快、运行可靠(6)直流输电可以方便的进行分期建设和增容扩建，有利于发货投资效益。2.2 直流输电与交流输电有如下缺点：(1)换流站的设备比较昂贵。(2)换流装置要消耗大量的无功功率。(3)产生谐波影响。(4)换流装置几乎没有过载能力，所以对直流系统的运行不利。(5)缺乏高压直流开关。(6)直流输电利用大地为回路而带来的一些技术问题。(7)直流输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。3 500kV直流输电系统构成直流输电系统可以分
7、为两大类：两端直流输电系统和多端直流输电系统。两端直流输电系统只有一个整流站和一个逆变站，它于交流系统只有连接端口，是结构最简单的直流输电系统。多端直流输电系统具有三个或三个以上的换流站，它于交流系统有三个或三个以上的连接端口。目前世界上运行的直流输电工程只有少数工程为多端系统，大多为两端直流系统。3.1 直流输电的换流技术要实现直流输电必须必须将送端的交流电变换为直流电，称为整流，而到受端又必须将直流电变换为交流电，成为逆变，它们统称为换流。这种电力变换的技术就是我们所说的直流输电换流技术。由于直流输电的传输容量大、电压高，要实现这种电力变换，需要有高电压、大容量的换流设备，通常这种设备称为
8、换流阀。直流输电换流站由基本换流单元组成，基本换流单元主要包括换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及保护装置等。目前工程中采用的换流单元有6脉动换流单元和12脉动换流单元两种。此次以12脉动换流为例，所以采用12脉动换流器。因采用晶闸管换流以后，换流阀有多个晶闸管串联组成，可以方便的利用不同的晶闸管串联数而得到不同的换流阀电压，从而可以得到不同的电压12脉动变压器。因此，绝大多数直流输电工程均采用12脉动换流器作为换流基本单元，此时交流滤波器和直流滤波器只需按12脉动换流器的要求来配备，这样可大大的简化滤波器装置，减小换流站占地面积，降低换流站造价2。3.1.1 12脉动换流单元
9、12脉动换流单元可以采用双绕组换流变压器或三绕组换流变压器，见图1。为了使换流变压器阀侧绕组的电压相位差300，其阀侧的绕组的接线方式，必须一个为星行接线，另一个为三角形接线。换流变压器可以采取三相结构或单相结构。因此，对于一台12脉动换流单元的换流变压器，可以有四种选择方案：1台三相三绕组变压器；2台三绕组变压器；3台单相三绕组变压器；6台单相双绕组变压器。12脉动换流变压器在交流侧和直流侧分别产生12KA1次和12K次的特征谐波。因此，在交流侧和直流侧分别配备12KA1次和12K次的滤波器。从而可以简化滤波装置，缩小占地面积，减低换流站造价。对于12脉动换流单元除图标出的主要设备外，还有相
10、应的交直流避雷器和交直流开关以及测量设备等。 双绕组换流变压器； 三绕组换流变压器图1 12脉动换流单元原理接线图 1交流系统；2换流变压器；312脉动换流器；4平波电抗器；5交流滤波器；6直流滤波器；7保护装置。3.1.2 基于电压源换流器的新型高压直流输电系统传统直流输电半控功率器件为基础，电流不能自关断，CCC/CSCC在传统直流输电基础上进行改进，增加了附加接线，实现强迫关断，但是仍然采用触发相位控制，只能工作在有源逆变方式。采用IGBT的电压源换流器,具有关断电流的能力，可以应用脉宽调制技术（SPWM）进行无源逆变,解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题。它与电网换相换流器有
11、着本质区别。基于电压源换流器的新型高压直流输电又称为新型高压直流输电3。3.2 直流输电的设备直流输电与交流输电的形势有所不同。在直流输电系统中，首先通过交流电通过整流站变成直流电，然后通过直流输电线送出，最后在电网的受端再通过逆变站把直流电变成交流电，注入受端交流电网。因此，高压直流输电系统主要包括换流站（包括整流站和逆变站）和线路两大部分。下面主要介绍换流设备的设计与选择。3.2.1 换流阀换流技术的发展对直流输电的发展有着重要的影响，特别是大功率的换流器件。直流输电换流技术包括实现换流技术的高压大功率换流阀和控制保护装置以及进行换流的理论和方法，而前者往往起决定性作用。因此，换流阀是直流
12、输电系统中的关键部件，它除了具有整流和逆变的功能外，同时在整流站中还要具有开关的功能，可利用快速可控性对直流输电的起动和停运进行快速操作。要实现直流输电的大容量、高电压，就需要有相对应的高电压、大容量的换流设备，即换流阀。因此，多年来人们对高电压、大容量的换流阀进行了大量的开发研制工作。20世纪50年代汞弧阀的问世，使直流输电工程成为现实。1970年，世界第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成，取代了原有的汞弧阀换流器，标志着直流输电有了重大突破性进展。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。90年代以后，新型大功率半导体器件（如IGBT、IGCT和碳化硅元件等）的应用，促进直流输电
13、的进一步发展4。晶闸管换流阀是换流站的核心设备之一，其投资约占全站投资的1/4。晶闸管换流阀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。（一）晶闸管换流阀的阀特性晶闸阀的电路符号及其伏安特性分别如附录图23所示。主电流从阳极流向阴极，在断开状态下，晶闸管能阻断正向电流而不导通，图为伏安特性的断开状态段。当晶闸管处于正向闭锁状态时，通过向门极施加瞬时的或持续的电流脉冲，能触发晶闸管导通。导通事的正向电压降只有几伏（一般为13V,取决于晶闸管闭锁电压的额定值）。一但晶闸管开始导通，它就被锁住在导通状态，而此时门极电流可以取消。晶闸管不能被
14、门极关断，像一个二极管一样导通。直到电流降到零且有反向偏值电压在晶闸管上时，它才会截至。当晶闸管再次进入正向阻断状态后，允许门极在某个可控的时刻降晶闸管再次触发导通。在反相偏置电压低于反向击穿电压时，流过晶闸管的漏电流很小，几乎可以忽略（图3）。通常，晶闸管的正向和反相阻断额定电压相同。用晶闸管允许通过最大电流有效值和平均值规定电流额定值。在分析换流器时，可以用图4所示的理想特性来表示晶闸管。多个晶闸管元件串联连接时，由于各元件的特性不一致，造成晶闸管间电压分布不均，因此需要加装均压装置来限制其不均匀程度。另外，晶闸管换相时，电压发生突变，由于阀的杂散电容等和回路电感的存在而产生震荡。为了抑制
15、这个震荡过电压需要设置阻尼装置。这些均压、阻尼装置大都是由统一的RLC网络时，则在选择网络参数时，需要同时满足均压参数和与震荡阻尼两方面来的要求，做到统筹兼顾，合理配置。 图4 晶闸管理想特性 （二）系统对换流阀定值的要求在选择晶闸管元件时，一般要求各元件具有下列特性：1、耐压强度高从晶闸管阳极的伏安特性可知，其反向特性与二极管相似，要求在正向电压时，控制极加。触发脉冲就能立即导通；而处于反向电压时，要求不导通。因此，要求晶闸管元件有足够高的绝缘强度承受反向电压。如果反向电压瞬时值超过击穿电压，晶闸管元件降永久损坏。2、承载能力大晶闸元件的额定电流是指通态电流为正弦波时，所允许的通态平均电流，
16、。如果通态电流不是正弦波，则通态平均电流的允许值就不一定等于额定电流。绝对其允许值的最根本依据是晶闸管元件结温的最高运行值。改善散热条件可以通过通态电流的允许值。 3、开通时间和电流上升率（di/dt）的限制当晶闸管元件阳极加正向电压，并在控制极上加足够大的触发电流后，晶闸管元件并不是立即完成开通过程的，它的通态电流上升和通态电压下降都有一个过程。（三）换流器在系统中的连接换流阀是有阀桥和有轴头切换器的变压器构成。阀桥包含6脉波或12脉波的高压阀。换流变压器向阀桥提供适当等级的不接地三相电源。由于变压器阀侧不接地，直流系统能建立自己的对地参考点，通常降阀换流器的争端或负端接地。换流变压器的交流
17、侧配有有载调压分接头。变压器交流侧绕组通常采用星形接地，阀侧绕组通常采用三角形或星形连接。换流阀在交流和直流两侧均采用谐波电压和谐波电流。这些谐波可能导致电容器和附近的电机过热，而且可能干扰远东通讯系统。因此，在交流侧和直流侧都装有谐波滤波器。直流换流阀运行时会消耗大量的无功功率。稳态条件下，换流器消耗的无功功率是传输功率的50%左右，而暂态条件下无功功率的消耗量更大。因此，必须在换流器附近提供无功电源。对于无交流系统，通常用并联电容补偿的形式。根据直流联络线和交流系统的要求，部分无功电源可采用同步调相机或静止无功补偿（SVC）。用作交流滤波器的电容也可以提供部分无功功率。在交流侧装有断路器，
18、作用不是排除直流系统的故障，因为直流系统故障可以通过换流器的控制更快的切除。交流断路器的装设目的是排除变压器故障和使直流输电系统停运。目前典型的直流电压500KV，输送容量3000MW的高压直流（HVDC）站换流阀均采用5阀片。换流阀组的设计可以考虑采用二重阀或四重阀，一般采用悬吊阀组。3.2.2换流变压器（一） 换流变压器的功能和特点换流变压器和换流阀一起共同实现交流与直流之间的变换。现代高压直流输电系统一般都采用每极一组12脉动换流器的结构，因此换流变压器还为两个串联6脉动换流器之间提供300的相位差，从而形成12脉动换流器结构。换流变压器的阻抗限制了阀臂短路和直流母线上短路的故障电流，使
19、换流阀免遭损坏5。换流变压器运行与换流器的换相所造成的非线性密切相关，因此换流变压器在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通电量变压器有着不同的特点。1、绝缘换流变压器在运行过程中即要承受交流的应力作用，又要承受较大分量的直流应力作用，因此要求变压器绝缘尤其是阀侧绝缘对运行中的工作场强有足够的耐受裕度，其绝缘问题非常突出。据统计，换流变压器的运行故障约有一半是绝缘故障。此外，直流电压的极性可能是可能迅速旋转，这些问题使得它的内部绝缘电位分布与普通变压器有很大差别。在不同的绝缘材料电压分配中，对于交流电压、暂态冲击过电压以及直流电压将做不同的考虑。换流变压器内部绝缘大多采用变压器
20、油、纸、压板等纤维素固体材料。它们的介电常数之比不超过1：3。但材料电阻率的大小受很多外部因素影响，比如温度、湿度、强度、时间老化等等。其电阻率之比可能超过1：1000。以上因素的影响可能使得换流变压器在直流电场作用下绝缘中的电位分布与交流有很大差异。换流变压器中最常见的故障多见于线圈绝缘损坏、油纸绝缘强度降低、分接头变换器和套管以及冷却以及冷却系统故障。对于特高压变压器而言，需要关注的是阀绕组与接地交流绕组之间的主直流绝缘结构。2、短路阻抗为了防止导通的健全阀通过过大的短路电流而损坏它的元件，换流变压器应具有足够大的短路阻抗来限制短路电流。这是因为换流器的阀臂发生绝缘破坏绝缘事故时，造成换流
21、变压器的桥侧短路，而换流器的换相过程实际上就是换流器二相短路过程。但短路阻抗不能过大，过大的短路阻抗会使换流器在运行中消耗的无功功率增加，导致需要加大无功补偿设备的容量，并且直流电压中换相压降也降过大，因此换流变压器短路电抗的选择要综合参考这两方面的因素，通常取值为15%-20%。3、有载调压换流变压器要求有载调压分接开关的调压范围较大，这是为了补偿换流变压器交流网侧电压的变化以及使触发角运行在适当范围，保证运行的安全性和经济性，尤其在采取直流降压模式时，对有载调压的要求更高，一般取值为20%30%。4、直流偏磁若换流器触发相位的间隔不等，交流相电压的、负半波波形会有所不同。当其平均值不为零时
22、，相电流中产生直流分量。该直流分量流过换流阀侧绕组时产生直流偏磁。直流偏磁不仅导致铁心周期性的饱和，并发出低频噪声，噪声的频率只有正常激磁情况下的变压器噪声频率的一半。而且也降使得变压器的损耗和温升大幅增大。5、噪声换流变压器的噪声是由于铁心的磁滞伸缩使变压器产生的（不同于前面的低频噪声），一般噪声频率为工频的2倍。由于换流变压器铁心中磁通还含有有谐波分量，因此他们的噪声中也含有频率较高的分量。这些分量虽然较小，但对人的影响比普通电力变压器要大，所以当换流站建在有人居住地区时更应对噪声问题加以足够的重视。6、谐波换流变压器在运行时有特征谐波电流和非特征谐波电流流过。变压器漏磁的谐波分量会使变压
23、器杂散损耗增大，有事还会使某些金属部件和油箱产生局部过热现象。对于有较强漏磁通过的部件要用非磁性材料或采用磁屏蔽措施。数值较大的谐波磁通会因引起磁滞伸缩使噪音，且处于声觉敏感频段，必须采取有效的隔音手段。7、试验特高压换流变压器试验分为常规试验、型式试验和验证性试验。常规性能试验包括：绕组直流电阻测量、极性变压器比测量、谐波损耗测量、变压器油试验、长时间空载试验及其空载损耗和电流测量、负载电流测量、一小时励磁试验等。常规绝缘试验用来模拟变压器在稳态和暂态运行过程中对于交流、直流和冲击电压的耐压能力。包括感应电压试验并测量局部放电；交流耐压试验；直流耐压试验并测量局部放电；外施操冲击电压试验；雷
24、电冲击电压试验；感应操作冲击电压试验等。型式试验包括温升试验；电容量偏差测量；频率响应测量及分析；油流带电测量试验；噪音测量试验；验证性试验或论证包括变压器短路耐受能力验证；抗震能力验证；电磁兼容（EMC）验证等。以上三个试验均要附加局部放电测量，是特高压换流器最为关键的绝缘性试验6。（二）换流变压器绕组的直流偏磁换流变压器绕组中电流直流分量的存在会影响磁化曲线，并产生偏离零坐标的偏磁量。其产生直流偏磁电流的原因有：触发角不平衡；换流器交流母线上的正序二次谐波电压；在稳态运行时由并行的交流酰氯感应到直流线路上的基频电压单击大地回线方式运行时由于换流站中性点电位升高所产生的流经变压器中性点的直流
25、电流；由于太阳表面黑子等物质等太阳风和射线流袭击地球产生的次暴。由于换流器交流母线存在正序二次谐波电压，在直流侧会出现50HZ的交流电压分量。从而导致换流变压器阀侧电流中出现直流电流分量。根据我国交流系统运行情况及有关规定，一般假定换流器交流母线存在相当于系统基频电压1%的正序二次谐波电压。这种假设是相当保守的，通常只有换流器交流母线上所接的交流滤波器与交流系统发生谐振时才会出现。利用EMTDC对包括12脉动换流器、交流滤波器、平流电抗器和直流滤波器在内的交直流系统进行模拟可得出相应的直流电流分量。在模拟计算中，是将交流系统基频电流叠加上1%的二次谐波电压，以考虑其直流电流分量的影响。当直流输
26、电架空线平行并靠近交流线路假设。在稳态运行时，交流线路上流过的交流电流可能在直流线路上感应出基频电压，从而导致直流线路上出现基频电流。即使交流系统三相系统的负荷电流是对称的，但由于各相导线与直流线路距离不等，也会在直流线路上感应产生交流基频电压。降低这种耦合影响的有效措施是交流线路采用相导线的换位措施。由于在换流过程中换流阀的按序通断，直流线路的50HZ电流使换流变压器阀阀侧绕组出现直流电流分量。在绕组一相中的电流分量可以在零和其最大值之间变化，取决于50HZ电流与换相角之间的相角关系。3.2.3平波电抗器平波电抗器最主要的参数式电感量，其选择应考虑以下几点：1、限制故障电流的上升率。其简化计
27、算公示为 式中f为交流系统额定频率；min为不发生换相失败的最小关断角； Ud为直流电压下增量，在12脉动换流器中，一般选取一6脉动桥的额定直流电压； Id 为不发生换相失败所容许的直流电流增量；t为换相持续时间，t=（-1-min）/360f；为逆变器额定的超前触发角，=arccos(cosn- Id/Is2)；n为额定关断角；Id为额定直流电流；Is2为换相变压器阀侧两相短路电流的幅值；Id为2 Is2cosmin-cos(-1)0-2Id由上述计算电感量，并未设计直流线路电感的限制作用，也不考虑直流控制保护装置的动作，所以在实际工程中采用的电感量可适当降低。2、减小直流侧的交流脉动分量。
28、换流器对于直流送电线路来说，可看做电压谐波发生器。它将在直流系统中注入n次谐波频率的谐波环流，其谐波次数 n=Kp p-脉波数，对三相桥式而言，p=6（但桥） K=正整数，取1、2、3.3、小电流时保持电流的持续性。在最小直流电流为Idmin时，要保持电流连续所需直流电抗器的电感值可用下式计算，对单桥运行时 双桥运行时 式中Vd0-=0时的空载直流电压； -延迟角 Idmin-最小直流电流（一般取0.1Id）。4、平波电抗器是直流滤波回路的组成部分。其电感值应与直流滤波器的参数统筹考虑，电感值大，则要求的直流滤波器规模小，反之亦然。因此，平波电抗器电感量的取值应与直流滤波器综合考虑，并进行费用
29、优化。5、平波电抗器电感量的取值应避免与直流滤波器、直流线路、中性点电容器、换流变压器等在50HZ、100HZ发生低频谐振。根据以往高压直流输电工程的经验，确定平波电抗器的电感量没有一个统一的计算公式，而是一个性能价格逐步优化的过程，从而确定一个最优值。从远距离高压直流输电工程平波电抗器的参数老看，大部分的平波电抗器的工频电抗标幺值通常在0.20-0.70范围之内。3.2.4滤波器（一） 交流滤波器滤波器的分类可按其用途分为交流滤波器和直流滤波器；按连接方式可分为并联滤波器和串联滤波器；接组特性分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器。并联滤波器和串联滤波器相比有如下优点：滤波效果较好；串联
30、滤波器必须通过主电路的全部电流，并对地采用全绝缘，而并联滤波器的一端接地，通过的电流只有它所滤波的谐波电流和一个比主电路中小得多的基波电流，绝缘要求也低；在交流情况下，并联滤波器除滤波外，其中的电容器还可同时向换流器提供无功功率。因此，高压直流系统中一般都采用并联滤波器。并联滤波器有常规无源交流交流滤波器、有源交流滤波器和连续可调交流滤波器三种形式。现在已投运的直流输电工程，交流滤波器大部分都采用常规无源交流交流滤波器，常规无源交流交流滤波器的设计、制造、调试、安装及运行等技术以非常成熟。1、交流滤波器的阻抗特性（1） 单调谐滤波器这种滤波器是由电阻R、电感L和电容C等元件串联组成的滤波电路，
31、它在某一低次谐波（或接近低次谐波）频率下的阻抗最小，所以是一种并联滤波器，其接线如图5所示。对每一低次谐波频率就有一个滤波器支路，其阻抗频率特性如图6所示。 图5 滤波器接线图 图6滤波器阻抗特性图（2）双调谐滤波器这种滤波器对两种低次谐波同时具有很低的阻抗，即可同时抑制两种特种谐波。它实际上相当于两个单谐滤波器，且具有两天RLC相并联的支路。其滤波支路及阻抗频率特性如图78 图7 双调谐波支路 图8 阻抗频率特性（3）高通滤波器这种滤波器是在一个很宽的频带范围内呈一个很低的阻抗。其滤波器支路及阻抗额串特性如图89所示。 图9高通滤波器支路 图10 阻抗频率特性（二）直流滤波器目前世界上已经运
32、行的高压直流输电工程中采用的并联直流滤波器有源直流滤波器和有源（混合）直流滤波器两种型式。高压直流换流器的直流侧，谐波电压产生谐波电流，其幅值取决于延迟角和熄弧角、重叠角、直流电路的阻抗（即平波电抗器、阻尼回路、冲击电容器以及电路本身）等已知量。架空输电线路的情况下，通讯干扰是很重要的问题。所以， 在规划阶段必须进行综合研究，以便绝对是采用滤波器，还是将部分输电线路改造绕过通讯线路。直流滤波器配置，应充分考虑各此谐波的幅值及其在等值干扰电流中所站的比重，即在计算等值干扰电流时各次谐波电流的耦合系数及加权系数。在理论上，12脉动换流器仅在直流侧产生12n次（n=1、2、3.）谐波电压。但是，实际
33、上由于存在着各种不对称因素，包括换流变压器对地杂散电容等，将导致换流器在直流侧产生非特征谐波。其中，由换流变压器杂散电容而产生的次数较低的一些非特征性谐波幅值较大，要滤除他们需要较大的滤波器容量。这部分谐波的主要路径是通过换流变压器换流阀大地，而进入直流线路的分量较小。另外一方面是通信线路受到侵入波干扰的频域主要在1000HZ左右，对50HZ的交流系统来讲，20此左右的谐波分量危害最严重，要重点消除这部分谐波。由于同一换流站两极具有对称性，因此两极应配置相同的直流滤波器。目前世界上的直流输电工程，通常采用以下直流滤波器配置方案。（1）、12脉动换流器低压端的中性母线和地址之间连接一台中性点冲击
34、电容器，以滤除流经该处的各低次非特征谐波，一般不装设低次谐波滤波器以避免增加投资。（2）、在换流站每极直流母线和中性母线之间并联两组双调谐或三调谐无源直流滤波器。中心调谐频率应针对谐波幅值较高的特征谐波并兼顾对等位干扰电流影响较大的高次谐波，这样可以达到比较好的滤波效果。直流滤波电路通常作为并联滤波器在主流极母线与换流站中性线（或地）之间。直流滤波器的电路结构与交流滤波器相似，也有多种电路结构形式，常用的有：具有或不具有高通特性的单调谐、双调谐和三调谐三种滤波器，其电路结构可参见交流滤波器的有关内容。尽管直流滤波器与交流滤波器有许多相似之处，但也存在一些差别：（1）、交流滤波器向换流站提供工频
35、无功功率，因此通常将其无功容量设计成大于滤波特性所要求的无功设置容量，而直流滤波器无需这方面的要求。（2）、对于交流滤波器，作用在高压电容器上的电压可以认为是均匀分布在多在串联连接的电容器上；对于直流滤波器，高压电容器起隔离直流电压并承受直流高电压的作用。由于直流泄漏电阻的存在，若不采取措施，直流电压将沿泄漏电阻不均匀的分布。因此，必须在电容器单元内部装设并联均压电阻。（3）、与交流滤波器并联连接的交流系统在某一频率时的阻抗范围比较大。在特定的电网状态下，如交流线路的投切、电网的局部故障等会引起交流滤波电容与交流系统电感之间的谐振。因此，即使是在准确调谐（带通调谐）的交流滤波器电路中也需要采取
36、阻尼措施。但是换流站直流侧的阻抗一般来说是恒定不变的，因此使用准确谐调（带通调谐）的直流滤波器。直流滤波器电路结构的的确定是以直流线路所产生的等效干扰电流为基础，由于特征谐波电流的幅值最大，所以直流滤波器的电路结构应与这些谐波（即谐波次数12、24、36.的谐波）相匹配。直流滤波器中价格最高的元件为高压电容器，这是由于必须将它设计成耐受直流高压的电容器。降低成本的主要手段之一是将滤波器设计成具有公共高压电容器的双谐调或多谐调谐波电路。通常在换流站的中性点与大地之间装设起滤波作用的电容器，装设该电容的作用是以直流侧3的倍次谐波为主要成分的电流提供低阻抗通道。由于换流变压器绕组存在对地杂散电容，为
37、直流谐波特别是较低次的直流谐波电流提供了通道，因此应针对这些谐波来确定这些中性点电容器的参数。一般来说，该电容器电容值选择范围应为十几微法治几豪法，同时还应避免与接地极线路的电感在临界频率上产生并联谐振。直流滤波器的电路结构，通常多采用带通型双谐调滤波电路。对于12脉动换流器，当采用双谐调谐波滤波时，通常采用12/24及12/36的谐波次数组合。附录图11为12脉动换流器一个极的直流换流器示意图。3.2.5 无功补偿装置采用普通晶闸管换流阀进行换流的高压直流换流站，一般均采用电网电源换相控制技术，其特点是换流器在运行中要从交流系统吸取无功功率。整理侧和逆变侧吸取的无功功率与换流站和交流系统之间
38、交换的有功功率成正比关系，在额定工况时一般为所交换的有功功率的40%60%。换流站运行所需的无功功率不能依靠或不能主要依靠其所接入的交流系统来提供，而且也不允许换流站与交流系统之间有太大的无功功率交换。这主要是因为当换流站从交流系统吸取或输出大量无功功率时，将会导致无功损耗，同时换流站的交流电压将会大幅度变化。换流站装设的无功功率补偿装置一般有下列几种方式：（一） 交流滤波器及无功补偿电容器组当换流站所接的换流系统不是很弱时，一般均采用这种补偿方式。交流滤波器除满足滤波的要求外，同时还提供基波无功。当交流滤波器所提供的基波无功不足以满足换流站的无功需求时，需另外装设无功补偿用的电容器组。在交流
39、滤波器合理设计的范围外，加大交流滤波器的容量以满足无功功率的要求是不经济的。单纯的无功补偿用电容器组要比同容量的交流滤波器便宜。（二）交流并联电抗器为了满足换流站轻负荷运行时的要求，可能需要装设交流并联电抗器。由于并联电抗器要随无功补偿电容器（包括交流滤波器）的投入情况进行切换，因此还需要装设开关设备。但是装设并联电抗器及其开关的费用较贵，因此，只有当利用换流站自身的无功特性无法满足运行条件要求时予以考虑。（三）静止补偿装置由于开关投切的无功补偿电容器组、交流滤波器组以及交流并联电抗器等无功补偿装置的主要缺点是不能调节或仅能分级慢速调节，而且不能频繁操作，所以除了投切上述设备对主要部分的无功进
40、行补偿之外，且利用换流站本身的无功特性尚不能满足高压直流系统对无功补偿的要求时，可采用静止补偿装置以达到对无功功率及无极调节的要求。另外，当受端为弱交流系统时，若采用这种补偿方式，还可提高系统电压的动态稳定性。（四）同步调相机静态无功补偿装置可以达到良好的电压及无功控制，但不能提高换流站所接交流系统的短路比。通常，当短路比（SCR）等于或小于3时，将会造成高压直流系统运行困难，主要表现是当交流系统扰动或故障时将导致换相失败，甚至持续的换相失败。当换流站交流母线接入调相机以后，则可提高系统的短路比，改善换流器的换相条件，提供系统的稳定性。3.2.6晶闸管整流器的设计（一）晶闸管整流器主电路形式的
41、选择晶闸管整流器主电路形式的选择包括确定主线路的结构形式、是否需要整流变压器及可逆运行等。主电路通常包括整流变压器、晶闸管整流器直流滤波电抗器、交流侧过电压、过电流保护装置及快速熔断器等。1、整流器主电路连接形式的确定整流器主电路联结形式的确定多种多样，选择时应考虑以下情况：（1）可供使用的电网电源相数及容量；（2）传动装置的功率；（3）允许电压和电流脉动率；（4）传动装置是否要求可逆运行，是否要求回馈制动；2、常用整流电路的计算系数（附录表1）（二）整流变压器的选择整流变压器一次侧接交流电网，二次侧连接整流装置。整流变压器的选择主要内容有连接方式、额定电压、额定电流、容量等。1、整流变压器的
42、作用和特点整流变压器的特点(1)由于整流变压器的各桥臂在一周期内轮流导通，整流变压器二次绕组电流并非正弦波（近似方波），电流含有直流分量，而一次电流不含直流分量，使整流变压器视在功率比直流输出功率大。(2)当整流器短路或晶闸管击穿时，变压器中可能流过很大的短路电流，为此，要求变压器的阻抗要大些，以限制短路电流。(3)整流变压器由于通过非正弦电流引起较大的漏抗压降，因此它的直流输出电压外特性较软。(4)整流变压器二次侧可能产生异常的过电压，因此要有很好的绝缘。2、整流变压器二次相电压的计算（1）整流变压器的参数计算应考虑的因素。由于整流器负载回路的电感足够大，故变压器内阻及晶闸管的通太压降可忽略
43、不计，但在整流变压器的参数计算时，还应考虑如下因素：最小触发延迟角min：对于要求直流输出电压保持恒定的直流装置， 应能自动调节补偿。一般可逆系统的min取300350，不可逆系统的min取100150。电网电压波动：根据规定，电网电压允许波动范围为+5%-10%，考虑在电网电压最低时，仍能保持最大整流输出电压的要求，通常取电压波动系数b=0.91.05。漏抗产生的换相压降Ux。晶闸管或整流二极管的正向导通压降nU。（2）二次相电压U2的计算对于电枢电压反馈的调速系统的整流变压器 式中，U2-变压器二次相电压（V）； UN-电动机的额定电压（V）；KUV-整流电压计算系数； b-电压波动系数，
44、一般取b=0.901.05。-晶闸管触发延迟角；KX-换相电感压降计算系数；Udl-变压器阻抗电压比，100KVA以下取0.05，容量越大，Udl越大（最大为0.1）Itmax-变压器的最大工作电流，它与电动机的最大工作电流Idman相等（A）；IN-电动机的额定电流（A）；对用于转速反馈的调速系统的整流变压器 式中Ra-电动机的电枢电阻（）。在要求不高的场合，以上几种情况还可以采用简便计算。 当调速系统采用三相桥式整流电路并带转速负反馈时，一般情况下变压器二次侧采用Y联结，也可按下式估算：（3）整流变压器二次相电流的计算二次相电流I2的计算 式中，KIV-二次相电流计算系数； IDN-整流器
45、额定直流电流（A）；当整流器用于电枢供电时，一般IDN=IN。在有环流系统中，变压器通常设有两个独立的二次绕组，其二次相电流为 式中IR-平均环流。一次相电流I1计算 式中K1L-一次相电流计算系数； K-变压器的电压比。（4）变压器的容量计算一次容量：二次容量：平均总容量：式中 m1、m2-变压器一次、二次绕组相数，对于三相全控桥m1=m2=3；K1L-一次相电流计算系数； Ud0-整流器空载电压（V）。 L1V-二次相电流计算系数； KUV-整流电压计算系数；（三）整流器件的选择1、晶闸管的选择晶闸管的选择主要是根据整流的运行条件，计算晶闸管电压、电流值，选出晶闸管的型号规格。在工频整流装置中一般选择KP型普通晶闸管，其主要参数为额定电压、额定电流值。（1）额定电压UTn选择应考虑下列因素：分析电路运行时晶闸管可能承受的最大电压值。考虑实际情况，系统应留有足够的裕量。通常可考虑23倍的安全裕量。即 式中UTM-晶闸管可能承受的最大电压值（V）。 当整流器的输入电压和晶闸管可能承受的最大电压有固有关系，常采用计算系数来选择计算，即： 式中KUT-晶闸管的电压计算系数； U2-整流变压器二次相电压（V）。按计算值换算出晶闸管的标准电压等级值（2）实际计算中，常常是负载的平均电流已知，整流器连接及运行方式已经
