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【摘 要】本文采用有限元数值方法，对±800 kV柔性直流换流阀电场分布计算。按照功率模块最大运行电压，校核换流阀的层间和模块间绝缘性能;按照阀支架直流耐受试验，校核换流阀的对地绝缘性能。仿真结果表明，±800 kV柔性直流换流阀中最大电场强度为1.67 kV/mm，以2.5 kV/mm作为起晕场强判据，试验下，阀支架无起晕现象。换流阀阀端间交直流混合加压试验和阀支架直流耐受试验，无放电现象，在局放满足IEC62501要求。
【关键词】柔性直流输电;换流阀;阀塔;电场仿真;试验。
Abstract：This paper uses the finite element numerical method to calculate the electric field distribution of ±800 kV flexible DC converter valve.According to the maximum operating voltage of the power module，check the insulation performance between the interlayer and the module of the converter valve;check the insulation performance of the converter valve according to the DC tolerance test of the valve bracket.The simulation results show that the maximum electric field strength of ±800 kV flexible DC converter valve is 1.67 kV/mm，and 2.5 kV/mm is used as the criterion of the field strength of the halo field.Under the test，the valve bracket has no halo phenomenon.The AC-DC hybrid pressure test and the valve bracket DC withstand test between the valve ends of the converter valve have no discharge phenomenon，and the partial discharge meets the requirements of IEC62501.
Key words：flexible direct current transmission;converter valve;valve tower;electric field simulation.
0 引言
柔性直流输电技术适用于新能源并网、交流电网的异步互联、构建直流电网、向无源系统及弱交流系统供电等优点，近年来得到了快速发展和应用【1-2】。目前国内外已建成大量的柔直工程[3]，国内正在建设有渝鄂±420 kV 直流背靠背联网工程、张北±500 kV多端柔性直流示范工程。未来建设±800 kV柔性直流输电系统，国内外目前尚无可借鉴的±800kV的柔直换流阀，换流阀是大型高电压设备，是柔性直流输电系统的核心设备，在阀塔的设计时，需对阀塔的电场分布进行计算，校核换流阀的绝缘设计和屏蔽设计是否满足工程要求【6-10】。本文采用有限元软件，对±800 kV 柔性直流换流阀的正常运行工况和过电压时电场分布进行了分析计算，解决了局部电场分布不均匀的问题，并针对换流阀开展绝缘试验验证。
1计算方法及模型简化
结合阀塔结构特点，采用有限元方法进行计算分析，并进行模型简化。
1.1有限元计算方法
综合上述阀塔电场仿真结果可知：
1）设计的换流阀阀塔内部电场分布均匀，且阀塔最大电场强度值满足技术要求。
2）设计的换流阀阀塔屏蔽系统起到了良好的屏蔽作用，阀塔屏蔽外部电场分布比较均匀。
因此，换流阀阀塔的绝缘特性均满足电场控制要求，阀塔在运行中不会发生放电现象，认为该换流阀绝缘设计可满足工程应用需要。
3换流阀绝缘性能验证
为检验±800 kV 柔性直流换流阀的绝缘性能，委托第三方进行了±800 kV/5000 MW 柔性直流输电换流阀进行了型式试验[17]。阀支架直流耐受试验电气实测参数见表1。
在阀端交直流电压试验中，换流阀无击穿、闪络现象，无发热现象，局部放电满足标准要求。
阀端间交直流混合加压试验功率模块电压与阀塔最大连续运行电压仿真加载电压一致，阀支架直流耐受电压与阀塔直流耐压仿真电压一致，两项试验可以作为阀塔电场仿真结果的试验验证。由此，可以证明±800 kV 柔性直流换流阀耐压设计满足要求，换流阀在寿命周期内可安全性运行。
4 结论
本文用有限元数值方法，校核±800 kV 柔性直流输电换流阀的绝缘设计，并经过阀支架直流耐受和阀端间交直流混合加压试验验证。充分说明文中换流阀的仿真验证手段有效，设计方案安全可靠。
参考文献：
[1] 贺之渊，赵岩，汤广福.±320 kV/1000 MW 柔性直流输电核心技术研发及應用[J].智能电网，2016，4（2）：124-132.
HE Zhiyuan，ZHAO Yan，TANG Guangfu.Key technology research and application of the ±320 kV/1 000 MW VSCHVDC[J].Smart Grid，2016，4（2）：124-132. [2] 张静岚，卢铁斌，齐磊. ±800 kV直流换流阀模块内部电场仿真对比分析.智能电网，2015，3（6）：542-551.
HE Zhiyuan，ZHAO Yan，Electric Field Simulation omparative Analysis of the Internal Valve Module of ±800 kV HVDC Converter Valve.Smart Grid，2015，3（6）：542-551.
[3] 李岩，罗雨，许树楷，等.柔性直流输电技术：应用、进步与期望[J]. 南方电网技术，2015，9（1）：7-13.
LI Yan，LUO Yu，XU Shukai，et al.VSC-HVDC transmission technology：Application，advancement and expectation[J].Southern Power System Technology，2015，9（1）：7-13.
[4] 范彩云，胡秋玲，陶颍军，等.±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究[J].高电压电器，2017，53（10）：0183-0189.
FAN Caiyun，HU Qiuling，TAO Yingjun，et al.Research of Electric Field Distribution and Insulation Properties for ±500 kV VSC-HVDC Converter Valve.High Voltage Apparatus，2017，53（10）：0183-0189.
[5] 阳岳希，贺之渊，周杨，等.厦门±320 kV 柔性直流输电工程的控制方式和运行性能[J].智能电网，2016，4（3）：229-234.
YANG Yuexi，HE Zhiyuan，ZHOU Yang，et al.Control mode and operating performance of Xiamen ±320 kV VSC-HVDC project[J].Smart Grid，2016，4（3）：229-234.
[6] 杨晓平，张艳梅，赵朝伟.柔性直流换流阀功率模块绝缘试验下的电场仿真分析[J].高压电器，2017，53（11）：63-67.
YANG Xiaoping，ZHANG Yanmei，ZHAO Chaowei，The electric field simulation based on the insulation test of the flexible HVDC converter valve power module[J].High Voltage Apparatus，2017，53（11）：63-67.
[7] 齐磊，王星星，李超，等.±1 100 kV 特高压直流换流阀绝缘型式试验下的电场仿真及优化[J].高电压技术，2015，41（4）：1262-1271.
QI Lei，WANG Xingxing，LI Chao，et al.Electric field simulation and optimization of ±1 100 kV HVDC converter valve in insulation type test[J].High Voltage Engineering，2015，41（4）：1262-1271.
[8] 张栋，欧阳有鹏，尚慧玉等.电压源型换流阀在绝缘型式试验下电场仿真计算[J].电力工程技术，2017，76（11）：76-81.
作者简介：
马志荣（1987—），男，陕西榆林，工程师，主要从事柔性直流输电换流阀研发和工程应用。
杨晓平（1978—），男，吉林省吉林市人，工程师，博士研究生，主要從事电力电子技术在柔性交流和柔性直流输电系统中的应用开发研究。
张艳梅（1984—），陕西富平人，工程师，工学硕士，主要从事柔性直流输电换流阀研发和工程应用开发研究。
（作者单位：西安西电电力系统有限公司）
【关键词】柔性直流输电;换流阀;阀塔;电场仿真;试验。
Abstract：This paper uses the finite element numerical method to calculate the electric field distribution of ±800 kV flexible DC converter valve.According to the maximum operating voltage of the power module，check the insulation performance between the interlayer and the module of the converter valve;check the insulation performance of the converter valve according to the DC tolerance test of the valve bracket.The simulation results show that the maximum electric field strength of ±800 kV flexible DC converter valve is 1.67 kV/mm，and 2.5 kV/mm is used as the criterion of the field strength of the halo field.Under the test，the valve bracket has no halo phenomenon.The AC-DC hybrid pressure test and the valve bracket DC withstand test between the valve ends of the converter valve have no discharge phenomenon，and the partial discharge meets the requirements of IEC62501.
Key words：flexible direct current transmission;converter valve;valve tower;electric field simulation.
0 引言
柔性直流输电技术适用于新能源并网、交流电网的异步互联、构建直流电网、向无源系统及弱交流系统供电等优点，近年来得到了快速发展和应用【1-2】。目前国内外已建成大量的柔直工程[3]，国内正在建设有渝鄂±420 kV 直流背靠背联网工程、张北±500 kV多端柔性直流示范工程。未来建设±800 kV柔性直流输电系统，国内外目前尚无可借鉴的±800kV的柔直换流阀，换流阀是大型高电压设备，是柔性直流输电系统的核心设备，在阀塔的设计时，需对阀塔的电场分布进行计算，校核换流阀的绝缘设计和屏蔽设计是否满足工程要求【6-10】。本文采用有限元软件，对±800 kV 柔性直流换流阀的正常运行工况和过电压时电场分布进行了分析计算，解决了局部电场分布不均匀的问题，并针对换流阀开展绝缘试验验证。
1计算方法及模型简化
结合阀塔结构特点，采用有限元方法进行计算分析，并进行模型简化。
1.1有限元计算方法
综合上述阀塔电场仿真结果可知：
1）设计的换流阀阀塔内部电场分布均匀，且阀塔最大电场强度值满足技术要求。
2）设计的换流阀阀塔屏蔽系统起到了良好的屏蔽作用，阀塔屏蔽外部电场分布比较均匀。
因此，换流阀阀塔的绝缘特性均满足电场控制要求，阀塔在运行中不会发生放电现象，认为该换流阀绝缘设计可满足工程应用需要。
3换流阀绝缘性能验证
为检验±800 kV 柔性直流换流阀的绝缘性能，委托第三方进行了±800 kV/5000 MW 柔性直流输电换流阀进行了型式试验[17]。阀支架直流耐受试验电气实测参数见表1。
在阀端交直流电压试验中，换流阀无击穿、闪络现象，无发热现象，局部放电满足标准要求。
阀端间交直流混合加压试验功率模块电压与阀塔最大连续运行电压仿真加载电压一致，阀支架直流耐受电压与阀塔直流耐压仿真电压一致，两项试验可以作为阀塔电场仿真结果的试验验证。由此，可以证明±800 kV 柔性直流换流阀耐压设计满足要求，换流阀在寿命周期内可安全性运行。
4 结论
本文用有限元数值方法，校核±800 kV 柔性直流输电换流阀的绝缘设计，并经过阀支架直流耐受和阀端间交直流混合加压试验验证。充分说明文中换流阀的仿真验证手段有效，设计方案安全可靠。
参考文献：
[1] 贺之渊，赵岩，汤广福.±320 kV/1000 MW 柔性直流输电核心技术研发及應用[J].智能电网，2016，4（2）：124-132.
HE Zhiyuan，ZHAO Yan，TANG Guangfu.Key technology research and application of the ±320 kV/1 000 MW VSCHVDC[J].Smart Grid，2016，4（2）：124-132. [2] 张静岚，卢铁斌，齐磊. ±800 kV直流换流阀模块内部电场仿真对比分析.智能电网，2015，3（6）：542-551.
HE Zhiyuan，ZHAO Yan，Electric Field Simulation omparative Analysis of the Internal Valve Module of ±800 kV HVDC Converter Valve.Smart Grid，2015，3（6）：542-551.
[3] 李岩，罗雨，许树楷，等.柔性直流输电技术：应用、进步与期望[J]. 南方电网技术，2015，9（1）：7-13.
LI Yan，LUO Yu，XU Shukai，et al.VSC-HVDC transmission technology：Application，advancement and expectation[J].Southern Power System Technology，2015，9（1）：7-13.
[4] 范彩云，胡秋玲，陶颍军，等.±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究[J].高电压电器，2017，53（10）：0183-0189.
FAN Caiyun，HU Qiuling，TAO Yingjun，et al.Research of Electric Field Distribution and Insulation Properties for ±500 kV VSC-HVDC Converter Valve.High Voltage Apparatus，2017，53（10）：0183-0189.
[5] 阳岳希，贺之渊，周杨，等.厦门±320 kV 柔性直流输电工程的控制方式和运行性能[J].智能电网，2016，4（3）：229-234.
YANG Yuexi，HE Zhiyuan，ZHOU Yang，et al.Control mode and operating performance of Xiamen ±320 kV VSC-HVDC project[J].Smart Grid，2016，4（3）：229-234.
[6] 杨晓平，张艳梅，赵朝伟.柔性直流换流阀功率模块绝缘试验下的电场仿真分析[J].高压电器，2017，53（11）：63-67.
YANG Xiaoping，ZHANG Yanmei，ZHAO Chaowei，The electric field simulation based on the insulation test of the flexible HVDC converter valve power module[J].High Voltage Apparatus，2017，53（11）：63-67.
[7] 齐磊，王星星，李超，等.±1 100 kV 特高压直流换流阀绝缘型式试验下的电场仿真及优化[J].高电压技术，2015，41（4）：1262-1271.
QI Lei，WANG Xingxing，LI Chao，et al.Electric field simulation and optimization of ±1 100 kV HVDC converter valve in insulation type test[J].High Voltage Engineering，2015，41（4）：1262-1271.
[8] 张栋，欧阳有鹏，尚慧玉等.电压源型换流阀在绝缘型式试验下电场仿真计算[J].电力工程技术，2017，76（11）：76-81.
作者简介：
马志荣（1987—），男，陕西榆林，工程师，主要从事柔性直流输电换流阀研发和工程应用。
杨晓平（1978—），男，吉林省吉林市人，工程师，博士研究生，主要從事电力电子技术在柔性交流和柔性直流输电系统中的应用开发研究。
张艳梅（1984—），陕西富平人，工程师，工学硕士，主要从事柔性直流输电换流阀研发和工程应用开发研究。
（作者单位：西安西电电力系统有限公司）