换流阀

在能源和电网数字化转型要求大背景下，作为我国电网核心资产的特高压直流输电换流阀设备正面临全面数字化的挑战。文章首先在梳理目前特高压换流阀设备数字化现状及其数字化提升意义基础上，结合目前研究热点——数字孪生及相关技术，提出了换流阀设备数字化的总体目标及其数字孪生体架构和数据基础构建方法。然后，为了实现换流阀设备底层数据的高可靠低成本获取，文章介绍了在特高压换流阀设备上开展高可靠低功耗无线智能传感关键技术应用研究的成果和经验，主要包括低功耗无线传感网络系统开发、多物理量智能传感器研制、验证测试等方面。最后，对换流阀设备数字化的思考和实践进行总结，对未来换流阀设备数字化工作进行了展望。

本文件规定了柔性直流输电系统换流阀现场交接试验的前准备、换流阀本体现场交接试验、阀基控制设备现场交接试验和试验报告等要求。 本文件适用于±800kV及以下电压等级陆上柔性直流输电系统用换流阀，其他应用场景的柔性直流输电换流阀可参照执行。

为避免直流输电换流阀塔结构放电，对阀塔结构设计了合适的均压环，该设计应用ANSYS软件建立换流阀屏蔽系统结构模型，采用伽辽金间接边界元方法分别对未加均压环的阀体结构与施加均压环的整体结构进行表面场强分析，具体分析了均压环的高度、位置、间距对阀箱体结构表面场强的影响，文中对不同的均压环设计方案进行比较，在满足一定约束条件下根据比较结果选择了合适方案，该方案下的均压环使阀箱体得到良好屏蔽且均压环无起晕现象。比较结果说明换流阀体结构外部均压环之间距离越大，阀箱体结构所对应的棱边中点场强越大，均压环的施加使阀箱体模型对应尖角部位表面场强大幅度减小且均压环高度越大，阀箱体尖角部位表面场强越小。

目前，南方电网多条直流工程的换流阀塔都采用TVM板监测技术，TVM板是用于检测直流核心设备一一换流阀运行状态的关键设备，平均每条直流就约有5000块TVM板。由于国内还没有可以进行TVM板现场检测的仪器，在开展停电检修时，大量的TVM板卡不能进行性能检验；直流正常运行期间，如监控系统报阀片无回检故障信号，需要耗费大量时间用排除法检测可控硅级内的阀片、光纤等其他元件后，方能确定是否为TVM板故障，更换上的TVM板备品无法进行性能测试，也可能造成重复停电，将造成巨大的经济损失。 目前该项目已申请发明专利3项（1项已授权、2项进入实质性审查），授权实用新型专利5项、发表科技论文4篇（均发表于核心期刊，其中！检索期刊1篇）。 装置实现了TVM板故障的快速定位，可将换流阀片无回检故障的检查处理时间由6小时缩短至4小时，一年节省人力为384人·时，增送电量4000万千瓦时，约合新增利润320万元。 装置实现了TVM板备品检测，避免了重复停电。

柔性直流输电系统成套设计及核心装备系列国家标准，包括1《柔性直流输电系统成套设计规范》、2《柔性直流输电换流器技术规范》、3《柔性直流输电控制与保护设备技术要求》，均由南方电网科学研究有限责任公司牵头编写，为世界上首次制定，技术创新难度大，标准成果达到国际领先水平。 本项目之前，世界上尚无相关国际标准参考，南网科研院突破柔性直流输电技术领域三个重要技术方向，包括成套设计、换流器、控制保护核心技术，研究成果形成国家标准，规范了国内柔性直流输电系统成套及核心装备设计情况，为成套设计及核心装备设计、制造、试验、验收提供直接参考依据，意义重大。 项目团队依托国家863计划课题，通过多年技术攻关，完全掌握高柔性直流输电关键技术，在成套设计、换流器、控制保护等方面取得重大创新成果，形成技术标准，并率先实现工程应用，引起巨大社会反响： 1.标准1中第4、6、7部分，世界上首次提出了百千伏级高压柔性直流输电系统集成设计方法，实现了大规模新能源并网和区域电网互联的整体工程应用。 2.标准2中第5、6部分，世界上首次设计了自主化的高压大容量柔性直流输电换流阀关键装备，实现了直流电压从±160kV到±350kV、输送容量从百兆瓦到千兆瓦的跨越式突破。 3.标准3中第5部分，世界上首次提出了柔性直流输电控制与保护设备的体系化技术要求，有效支撑柔性直流输电工程控制保护系统的研发。 4.标准1中第9部分、标准2中第7部分、标准3中第6部分，世界上首次提出了覆盖柔性直流输电系统研究、装备研制、主设备试验的试验技术。 项目获得专利15项（发明专利12项）、软件著作权1项，发表论文14篇，专著1部。相关成果通过了中国电机工程学会及中国机械工业联合会的成果鉴定，鉴定委员会一致认为“多端柔性直流输电技术处于国际领先水平”、“研发的千兆瓦级柔性直流背靠背系统装备具有完全自主知识产权，达到国际领先水平”。 本系列标准已成功应用在云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程、乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程、三峡如东海上风电柔性直流输电示范项目中的系统成套设计、换流阀、控制保护等核心设备研制中，社会经济效益显著。 项目完成的国家标准是柔性直流输电技术成果转化为知识产权的直接体现，通过成功实施和推广应用，建成了产学研用科研团队，培养了大批专业技术人才，带动了国内高压大容量柔性直流输电换流器、控制保护等核心装备制造业的发展，提升了我国能源科技自主创新能力和国际竞争力，践行了国家创新驱动发展战略。