直流开关在换流站中的应用
海上风电送出系统及工程技术
海上风电送出系统及工程技术本章概括性地介绍海上风电场的发电系统构成和主要设备，重点介绍了其送电系统构成、主要设备和功能特性，以及海上风电送出工程的系统并网技术、海上变电站、换流站技术和海底电缆线路技术。
2.1 海上风力发电系统简介2.1.1 系统构成目前，海上风力发电系统的典型接线图如图2-1所示。
图2-1 海上风力发电系统典型接线图从图2-1可以看出，风力发电机由风能驱动，发出电能，是海上风力发电系统最为重要的系统构件。
电能通过在机舱或基座内的变压器将电压抬升（如690V/35kV）之后汇入海底集电系统。
海底集电系统是连接各风电机组形成的电气系统，主要由连接各风电机组的海底电缆及开关设备构成，其作用是汇集各风电机组发出的电能，输送至陆上或海上升压站。
2.1.2 主要设备及功能特性据前文所述，海上风力发电系统包括海上风电机组及海底集电系统两个部分。
风电机组由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础、升压设备等组成，典型结构如图2-2所示。
海底集电系统由连接各风电机组的海底集电电缆、开关设备等组成。
（1）风轮。
由叶片和轮毂、滑环组成，是风电机组获取风能的关键部件，叶片是由复合材料制成的薄壳结构，分为根部、外壳、龙骨三个部分；轮毂固定在主轴上，内装有变桨系统，与机舱经滑环连接；滑环为旋转部件（叶片和轮毂）与固定部件（机舱）提供电气连接。
（2）传动系统。
由主轴、齿轮箱和联轴节组成（直驱式除外），主轴连接轮毂与齿轮箱，承受很大力矩和载荷；齿轮箱连接主轴与发电机，叶轮转速一般为15～25r/min，发电机（非直驱式）额定转速一般为1500～1800r/min，齿轮箱增速比通常为1∶100左右。
（3）偏航系统。
由风向标传感器、偏航电动机、偏航轴承和齿轮等组成。
偏航轴承连接机舱底架与塔筒齿轮环内齿，并与偏航电机啮合实现机舱偏航对风；偏航电动机驱动机舱转动对风，偏航速度一般为1°/s，通常有3～5台，通过减速箱或变频器降速。
特高压换流站直流隔离开关烧蚀探析
特高压换流站直流隔离开关烧蚀探析特高压某换流站巡检时发现某隔离开关触头有烧蚀痕迹，其主要是由于该隔离开关未完全合到位，控制系统却收到了该隔离开关的合位信号，导致该路断路器合闸时通流回路有大电流流过，从而使该隔离开关存在拉弧现象。
在此背景下为了保证隔离开关一次状态与二次返回信号一致，使直流隔离开关满足“在额定电流及动、热稳定电流的位置时发出合闸信号”的条件，对换流站内相关直流隔离开关接点进行了相应的改进。
1隔离开关烧蚀情况分析1.1故障情况2016年3月23日，特高压某换流站运行人员巡检过程中发现直流场中性区域金属回线转换隔离开关03001触头有异常痕迹，检修人员即进行了现场检查，发现:该隔离开关拐臂无损伤，水平度良好；隔离开关下部支柱瓷瓶外观无破损，垂直度在正常范围内；隔离开关机构箱内部无异常；隔离开关两侧触头部位发现明显烧蚀痕迹，如图1所示。
因隔离开关烧蚀严重，通流接触面受损，已不具备合闸运行能力，需要对隔离开关触头进行更换。
开关03001触头有异常痕迹，检修人员即进行了现场检查，发现:该隔离开关拐臂无损伤，水平度良好；隔离开关下部支柱瓷瓶外观无破损，垂直度在正常范围内；隔离开关机构箱内部无异常；隔离开关两侧触头部位发现明显烧蚀痕迹。
因隔离开关烧蚀严重，通流接触面受损，已不具备合闸运行能力，需要对隔离开关触头进行更换。
生产的ZGW1－150型直流隔离开关，其电动操作机构使用辅助开关提供分合位信号，其中分位信号使用常闭接点，合位信号使用常开接点。
操作机构由分闸位置到合闸位置运行时，辅助开关常开接点在0%～85%行程范围内为常开，85%～100%为常闭；常闭接点在0%～15%行程范围内为常闭，15%～100%为常开。
由上述可知，在隔离开关合闸过程中，其仅到达行程85%位置就已经送出合位信号，控制系统判定此隔离开关处于合闸位置。
由金属回线转大地回线顺控过程可知，控制系统判定隔离开关03001与隔离开关03002均处于合位，若在执行运行方式转换前隔离开关01001或隔离开关02001已经处于合位、断路器0600已经处于分位，将会执行下一步合上断路器0300。
浅谈特高压直流转换开关的结构与原理
浅谈特高压直流转换开关的结构与原理在特高压输电工程直流场的设备中，直流转换开关是一个非常重要的设备，和交流输电相比，直流输电具有控制能力高、调节容易快速、地面占用面积小、线路损耗低、稳定性高等方面的特点。
主要用于距离较长的架空线路、海底电缆的输电、交流系统间的异步互联等场合中，±800千伏锦屏-苏南特高压直流输电工程的额定电流将为4500A左右，对直流电流转换开关的要求也更高，不仅要分段更大的直流电源，而且在进行转换时，还需要吸收更多的能量。
本文重点对特高压直流系统中直流转换开关的结构和原理进行分析。
1 特高压直流输电系统中的直流转换开关系统1.1 直流转换开关的结构与原理通常情况下，在高压直流输电系统中，故障的切除或运行方式的转换需要采用直流断路器。
常见的直流断路器如金属回路转换开关（MRTB，Metallic Return Transfer Breaker）、大地回线转换开关（GRTS，Ground Return Transfer Switch）、中性母线开关（NBS，Neutral Bus Switch）以及中性母线接地开关（NBGS，Neutral Bus Ground Switch）等。
由于开断直流电流并不能像交流电流那样，可以在交流电流过零时进行操作，因此开断直流电流就必须将直流电流“强迫过零”，比较常用的电路为LC串联振荡电路。
在直流电流强迫过零时，由于直流系统蕴含的巨大能量需要释放，而释放的能量又会在回路上造成过电压，引起断路器断口间的电弧重燃，造成开断失败。
所以如何快速吸收这些释放的能量就成为断路器能否成功开断直流电流的关键因素。
在我国已建成的高压直流换流站中，主要使用的直流断路器形式有无源型和有源型叠加振荡电流方式两种，其基本结构原理图如图1所示，主要由三部分组成：（1）转换开关，由交流断路器改造而成，用于电流的接通和断开；（2）振荡回路，由LC串联振荡电路构成，目的是形成2次以上的电流过零点；（3）耗能元件，由金属氧化物避雷器构成，目的是吸收直流回路中储存的巨大能量。
直流转换开关及直流旁路开关运行要求及防跳回路设计
直流转换开关及直流旁路开关运行要求及防跳回路设计摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国电力行业发展的步伐。
我们了解到，直流转换开关及直流旁路开关是换流站直流部分的重要设备之一，其主要技术性能体现在绝缘强度、开断转换电流能力、环境耐受能力等方面。
关键词：直流转换开关；直流旁路开关；运行要求；防跳回路设计引言断路器是电网中关键的控制与保护设备，其安全稳定运行直接关系到电网供电可靠性。
1直流转换开关及旁路开关的原理及结构直流转换开关和直流旁路开关在换流站内的安装位置、作用及结构原理有所不同。
直流转换开关串联于主通流回路中，包括中性母线开关NBS、中性母线接地开关NBGS、金属回线转换开关MRTB、大地回线转换开关GRTS。
直流旁路开关BPS与换流阀并联，是阀组解、闭锁顺序操作的一部分。
2直流转换开关及旁路开关防跳回路设计2.1常规直流开关防跳设计在交流系统中，运行方式切换和故障切除主要依赖高压交流断路器。
当开关因故障跳开后，若由于合闸回路接点粘连、电源短接等原因，造成合闸输出端一直带电，开关再次合闸，如此反复，发生“开关跳跃”，会导致开关损坏甚至爆炸。
因此交流断路器的防跳功能按照固定于分闸状态的原则设计在合闸回路中，防止断路器的误合闸。
常规的直流转换开关及旁路开关由于沿用交流断路器的设计改造而来，因此其防跳回路仍按照固定于分闸状态的原则设计在合闸回路中。
以2017年投运的±800kV淮安换流站ABB直流转换开关BLG1002A型操作机构二次回路为例。
2.2断路器防跳保护试验根据在不同位置安装防跳继电器划分，断路器防跳回路主要有串联式和并联式防跳回路两类。
串联式也称为操作箱式，是目前主流应用最广泛的防跳方式，通过分别在断路器分合闸回路中设置防跳，由电流启动线圈与跳闸回路串联，电压保持线圈与合闸回路并联两部分构成。
并联式也称为机构式，相对于串联式防跳，仅在合闸回路中设置防跳，由防跳继电器的电压保持线圈与合闸回路并联构成。
换流变电站设备介绍
四、高压直流 隔离开关
实物图
实物图
1.功用
直流隔离开关在分位置时，触头间有符合 要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置 能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内 条件下的电流的开关设备。
五、避雷器
实物图
实物图
1.作用
）
实物图（一）
实物图（二）
1.简介
GIS是气体绝缘全封闭组合电器的英文简 由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避 母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或 部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一 的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。
2.应用及优点
GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用， 特高压领域也被使用。与常规敞开式换流站相 的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高 活、安装方便、安全性强、环境适应能力强， 量很小。
换流阀由晶闸管、阻尼电容、均压电容 阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单 件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件 了换流阀的通流能力，通过将多个晶闸管元 得到希望的系统电压。
晶闸管散热所需的水冷散热器，既要给 热，又要充当结构件承压，还需导电和终身 严格的质量要求使得这种水冷散热器成为了 行业内水冷散热器的顶级产品。
三、高压直流 断路器
实物图
1.原理图
2.分类及特点
无源型叠加振荡电流方式：利用电弧电压随电流增大而 线性负电阻效应，在与电弧间隙并联的LC回路中产生自激振 弧电流叠加上增幅振荡电流，在总电流过零时实现遮断。
有源型叠加振荡电流方式：由外部电源先向振荡回路的 ，然后电容C通过电感L向断路器的电弧间隙放电，产生振荡 在原电弧电流之上，并强迫电流过零。这种方式容易产生足 振荡电流，开断的成功率较高。
换流站与变电站-为何采用高压直流输电
换流站与变电站，为何采用高压直流输电1.总论电厂的任务是发电，电厂要能正常发电就需要使用和维护设备，使用和维护设备就是电厂的主要工作内容。
变电站是将电厂发出的电能通过电力设备进行各种变换，然后输送出去。
其主要工作任务是：1、使用和维护电力设备，使之保证长期连续对外供电。
2、监控电力设备运行情况，作好各项监控记录，以便将来作为技术或故障分析的原始资料。
3、有些变电站还具有监控线路运行状况的功能。
2.换流站高压直流输电的一种特殊方式，将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内，在同一处完成将交流变直流，再由直流变交流的换流过程，其整流和逆变的结构、交流侧的设施与高压直流输电完全一样，具有常规高压直流输电的最基本的优点，可实现异步联网，较好地实现不同交流电压的电网互联，将2个交流同步电网隔离，能有效地隔断各互联的交流同步网间的相互影响，限制短路电流，且联络线功率控制简单，调度管理方便。
与常规直流输电比较，其优点更突出：1、没有直流线路，直流侧损耗小；2、直流侧可选择低压大电流运行方式，以降低换流变压器、换流阀等有关设备的绝缘水平，降低造价；3、直流侧谐波可全部控制在阀厅内，不会产生对通信设备的干扰；4、换流站不需要接地极，无需直流滤波器、直流避雷器、直流开关场、直流载波等直流设备，因而比常规的高压直流输电节省投资。
换流站是直流输电工程中直流和交流进行相互能量转换的系统，除有交流场等与交流变电站相同的设备外，直流换流站还有以下特有设备：换流器、换流变压器、交直流滤波器和无功补偿设备、平波电抗器。
换流器主要功能是进行交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀，换流器单位容量在不断增大。
换流变压器是直流换流站交直流转换的关键设备，其网侧与交流场相联，阀侧和换流器相联，因此其阀侧绕组需承受交流和直流复合应力。
由于换流变压器运行与换流器的换向所造成的非线性密切相关，在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验方面与普通电力变压器有着不同的特点。
浅谈换流站直流保护的X、Y、Z、S闭锁策略
电气工程与自动化"Di#nqi Gongcheng yu Zidonghu2浅谈换流站直流保护的X、Y、Z、S闭锁策略朱映锦(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏南京210000)摘要:换流阀是换流站的主要组成设备之一，是保证直流系统可靠运行的核心部件，其可控性保证了直流系统的可靠启停。
某特高压换流站通过调试试验现场模拟各种故障工况，实现换流阀闭锁保护，包括X、Y、Z、S闭锁，从而降低系统故障对换流阀等一次设备的冲击。
关键词:特高压直流输电;换流阀；保护闭锁；旁通对0引言换流阀而成，特高压交、直流换能,是直流系统的接枢纽，在特高压直流输电工程具有可的。
直流系统的启停换流阀的可靠通X直流系统在运行工况遇到种故障，在其故障情况下，保证换流阀行保护闭锁的性要X某特高压换流站电，其闭锁阀电VCE接阀控系统CCP的闭锁，换流阀冲，冲，电压，主AK电流电流，阀组°根据旁通对的投入情况，特高压换流站保护闭锁可分X、Y、Z、S闭锁4种°1X闭锁策略X闭锁主要特征：不投入旁通对，针对较为严重的故障实行闭锁X流站和逆变站在行X闭锁指令时均不投入旁通对X况下，一高低阀组行X闭锁X当一阀组保护性X闭锁，保护直接故障阀组锁，故障阀组，BPS,无故障阀组运行X故障，行闭锁X 试验阀组运行，站模拟直流过电压保护X闭锁X某日后台实件如下：11:29:44,保护(PPR)：“直流过电压保护X闭锁"直流过压保护X闭锁流断路器”；11:31:28,控(PCP)：“极保护启动切换极控系统命令”“极保护启'"旁通低阀组”；11:31:28，阀控(CCP)："极控旁通阀组'"X闭锁动作'"强制移相'"极控闭锁阀组”；11:31:29,保护出口锁定2Y闭锁策略Y闭锁主要特征:有条件投入旁通对有条件投入旁通对是对直流输电系统的流站而言，在保护需行闭锁指或最后一阀组闭锁情况下，判流侧直流电流厶是否值，值，需旁通对；之，旁通对X站在行Y闭锁旁通对X特高压换流站保护大部分行%闭锁，包括ESOF闭锁特高压换流站分层接入方式，原配置与极保护的50Hz、"。
电工学概论习题答案_第三章
3-1. 何谓电力系统？采用电力系统传输和分配电能比由发电厂直接向用户供电由什么优点？答：电力系统是由发电厂、变电站、配电所直到各个用户等环节所组成的电能生产消费系统。
实践证明独立运行的发电厂通过电力网联接成电力系统后，将在技术经济上具有以下优点：（1）减少系统中的总装机容量（2）合理使用动力资源，充分发挥水力发电厂的作用（3）提高供电的可靠性（4）提高运行的经济性3-2. 为什么要采用高压传输电能？我国目前远距离输电所采用的最高电压等级是多少？在城市内所采用高压配电的电压等级是多少？答：采用高压传输电能能够明显减少传输过程中的电能损耗。
我国远距离输电所采用的最高电压等级是500kV。
在城市内所采用的高压配电的电压等级是35 kV 或10 kV。
3-3. 输电线路在什么情况下采用架空线？在什么情况下采用电力电缆？答：交流输电线可分为架空线路与电缆线路两大类，前者应用于地区间的输电，一般电压较高、距离较长。
后者应用于城市内的输电，电缆线路一般埋设在地下，线路电压为35kV或10kV，也有380V/220V的低压，在大型工厂企业内部也采用电缆输电。
与架空线路相比，电缆线路的铺设成本要高许多，所以在电力系统中只有在一些不适于架空线路的地方如过江、跨海或严重污染区才考虑使用电缆输电。
3-4. 架空输电线为什么一般采用钢芯铝绞线？答：架空输电线用以传输电流、必须具有足够的截面以保持合理的电流密度及比较小的电能损耗，同时又必须有足够的机械强度和抗大气化学腐蚀能力。
一般采用钢芯铝绞线它能兼顾机械强度、导电能力、散热面积等要求。
3-5. 何谓高压走廊？在高压走廊的范围内应注意什么安全问题？答：高压架空输电线路所通过的路径必须占用一定的土地面积和空间区域，称为线路走廊或高压走廊，在该走廊内除杆塔基础占用一定土地外，其余土地可用于耕作和绿化，但不能用于建设居住用房，人应避免长期在强电磁场的环境下生活，因为强电磁场会引起人生理上发生一些不良反应，这些反应可能会引起心情上的变化甚至会引起某些慢性不可预知的疾患。
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直流开关在换流站中的应用
摘要：为了适应直流输电的快速发展，设计开发了相应的直流转换开关和直流
旁路开关设备，目前已经在国内大量应用。
本文介绍了这种直流开关设备的工作
原理、结构参数及应用等有关内容，该产品的开发及应用将为我国直流输电的发
展做出重大贡献。
关键词：直流开关；换流站；应用研究
近年来，高压直流输电技术在世界范围内得到了广泛应用，在此基础上进一
步发展的特高压直流输电工程，目前也已经成功投产，稳定运行。
直流输电和传统的交流输电相比，具有以下优点:①直流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小；②直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小、不易老化、寿命长，切输送距离不受限；③直流输电不存在交流输电的不稳定性问题，直流输电线路无电容充电电流，直流线路无电容充电电流，电压分布平稳，负载大小不发生电压异常不需并联电抗。
并且调节速度快，
运行可靠，有利于远距离大容量送电；④直流输电有利于实现电力系统之间的联网；⑤直流输电有功功率和无功功率容易控制，可以改善交流系统的运行性能；⑥可以利用大地为回路，提高运行可靠性；⑦直流输电可以方便的分期建设和
增容，有利发挥投资效益。
虽然直流输电在我国发展较晚，但因为其特有的优点，受到国家的大力支持，使其发展迅猛，并且电压等级也逐渐提高，现已达到国际领先水平。
在开始阶段
直流开关设备主要依靠进口，根据国家要求关键设备国产化的要求，国内厂家也
积极开发同类产品，但是由于开发难度大、投资大，国内只有较少厂家能够生产
该类产品，依托西电集团公司在电力行业强大技术优势和制造基础，西安西电高
压开关有限责任公司( 以下简称西开有限公司) 最早在国内开发和制造直流转化开
关和旁路开关的厂家，并且生产的产品在国内的换流站中大量应用。
1.直流转换开关
高压直流输电系统中，一般配置有 4 种高压直流转换开关，分别是金属回线
转换开关、大地回线转换开关、中性母线开关和中性母线接地开关。
其中，MRTB 将直流电流从大地回路转换到金属回线通路的开关设备，ERTB 将直流电流
从金属回线通路转换到大地回路通路的开关设备，NBS 安装在换流站站内接地线上，用于把停运的换流桥与中性母线断开的开关设备，NBS 还应把直流极线故障
所产生的故障电流转换到由接地极及其引线构成的回路中。
NBGS 安装在换流站
站内接地线上，用于提供站内临时接地的设备，NBGS 最重要的作用是最为一个
快速合闸开关；另外在 NBS 转换失败(开断不成功)时，NBGS 也可提供暂时的大地
回路通路。
1.1运行方式转换
①正常双极运行时，双极两端中性点接地，NBS11、NBS12、NBS21、NBS22、MＲTB 闭合，EＲTB、NBGS11、NBGS12 断开，电流回路见，直流电流的路径为
正负两根导线，电流方向相反，双极对称运行时，接地极中无电流流过，双极不
对称运行时，两极中的电流不相等，接地极中电流为两极电流之差。
②当换流阀 V13、V14 出现故障或需要检修时，NBS12、NBS22、S16、S26 断开，把停运的换流桥与中性母线断开，转入单极大地回线运行方式。
1.2直流转换开关与直流电流的分断
目前，应用在高压直流输电系统中的直流转换开关主要采用两种方式来实现，
即无源型自激振荡过零和有源型强迫振荡过零。
相比之下，有源型直流转换开关更容易分断较大的直流电流，但无源型直流转换开关结构更为紧凑，造价较低，易于使用和维护，可靠性高，因此更具优势。
1.3主要技术参数
根据我国的直流电网布置，西开公司目前主要有两种直流转换开关，±50kV、±100kV、±150kV 产品，±50kV 直流转换开关主要用于 ±500kV 及以下换流站，
±100kV/150kV 直流转换开关主要用于 ±800kV及以上换流站。
2.直流旁路开关
2.1直流旁路开关的作用
在特高压直流系统中，旁路开关有以下两个主要作:退出正在运行的 12P 换流桥，且不影响剩余换流桥的正常运行；将闭锁的 12P 换流桥重新投入运行，且不影响已经投运的换流桥的正常功率输送。
由此可知，旁路开关的使用增加了特高压直流系统的运行方式，减少了任何一个单极完全停运的次数，从而提高了直流输电系统的可靠性和能量可利用率。
当旁路开关所并联的 12P 换流桥正常运行时，旁路开关处于分闸状态，当 12P 换流桥或附属系统发生故障，或者由于计划检修的需要，通过旁路开关和相关隔离开关的配合操作，将此 12P 换流桥和对站的一个12P 换流桥退出运行，以便对需要检修的换流桥隔离，同时保证本极健全的 12P 换流桥继续运行。
当换流桥修复完成后，再通过旁路开关和相关隔离开关的操作，使两站的两个 12P 换流桥重新投入运行。
对于双极额定直流功率运行工况，如果未安装旁路开关，当一个 12P 换流桥因故障或检修退出运行时，该换流桥所在的整个单极将会停运，直流功率损失为50% 。
2.2操作时序
直流旁路开关实现上述两个作用，需完成以下操作时序。
旁路开关合闸，使并联的正常运行的 12P 换流桥闭锁退出运行。
初始状态见图 1，旁路开关在分闸状态，电流仅流过换流桥。
由于故障或检修需要，投旁通对闭锁 12P 换流桥，旁路开关合闸，此时系统状态见图2，直流电流同时流过换流桥和旁路开关。
闭锁旁通对的触发脉冲，直流电流仅流过旁路开关支路，系统状态见图3。
依次合 S1、分旁路开关、分 S2 和S3，此时系统状态见图4。
图1
图2
图3
图4
旁路开关分闸，使并联的处于闭锁状态的12P换流桥解锁重新投入运行。
12P 换流桥在闭锁状态，电流流过S1支路，系统状态见图4。
S2和S3合闸，然后旁路开关合闸，S1分闸，直流电流流过旁路开关，系统状态见图3。
12P换流桥解锁，直流电流同时流过换流阀和旁路开关，系统状态见图2。
给旁路开关发分闸指令，旁路开关在电流过零时刻熄弧，开断成功，系统状态见图1。
结语：
直流转换开关和直流旁路开关是特高压直流输电系统中的关键设备之一，主要用于进行直流输电系统各种运行方式及接地系统的转换等，在保证直流输电系
统安全稳定运行中发挥着重要作用。
直流输电特有的优势，使得直流输电发展迅速，直流开关设备也有比较好的前景。
参考文献：
[1]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京:中国电力出版社，2004.
[2]李宾宾，苟锐，张锋.800kV特高压直流输电系统用直流断路器研究[J].电力设备，2007，8(3).。