國網(wǎng)智研院依托公司科技項(xiàng)目研發(fā)了大容量多端口能量路由器的技術(shù)拓?fù)浜投喽丝谥绷骺刂票Ｗo(hù)技術(shù)，為隨州廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)科技示范工程研制了核心技術(shù)裝備，通過技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為工程建設(shè)提供了支撐。

1月31日，湖北隨州廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)科技示范工程能量路由器60兆瓦換流器帶示范區(qū)滿功率運(yùn)行試驗(yàn)順利完成。試驗(yàn)過程中，換流器及其控制保護(hù)系統(tǒng)無任何故障和異常報(bào)文，為實(shí)現(xiàn)縣域級(jí)高比例可再生能源電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及源網(wǎng)荷儲(chǔ)動(dòng)態(tài)平衡奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

隨州廣水100%新能源新型電力系統(tǒng)科技示范工程（簡稱“隨州廣水科技示范工程"）是國家電網(wǎng)有限公司新型電力系統(tǒng)專項(xiàng)四類示范工程之一。2022年11月19日，隨州廣水科技示范工程啟動(dòng)送電，為418平方千米供區(qū)內(nèi)超過20萬人提供了清潔能源，形成了一個(gè)開放的具有未來電網(wǎng)特征的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和可靠的能源供應(yīng)物理網(wǎng)絡(luò)。依托公司科技項(xiàng)目“縣域級(jí)高比例可再生能源電力系統(tǒng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究"，國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司研發(fā)了大容量多端口能量路由器的技術(shù)拓?fù)浜投喽丝谥绷骺刂票Ｗo(hù)技術(shù)，研制了隨州廣水科技示范工程核心技術(shù)裝備，通過技術(shù)成果轉(zhuǎn)化支撐了示范工程建設(shè)。

一、概述（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

YDQ系列高壓試驗(yàn)變壓器是根據(jù)《試驗(yàn)變壓器》標(biāo)準(zhǔn)，在油浸式試驗(yàn)變壓器的基礎(chǔ)上而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。SF6氣體具有良好的電氣絕緣性能及優(yōu)異的滅弧性能，其耐壓強(qiáng)度為同一壓力下氮?dú)獾?/span>2.5倍，擊穿電壓的空氣的2.5倍。在0.25MPa下與油的擊穿電壓相等，在0.45MPa壓力下是油的擊穿電壓的2倍，是一種優(yōu)于油的新一代超高壓絕緣介質(zhì)材料。該產(chǎn)品技術(shù)要求全部符合《ZBK-41006-89》標(biāo)準(zhǔn)，它是油浸式輕型試驗(yàn)變壓器的換代產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有體積小、重量輕、不受氣候變化影響、電暈小、現(xiàn)場搬運(yùn)無需靜止可使用，使用壽命長、免維修等特點(diǎn)。適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、科研部門等對(duì)各種高壓電氣設(shè)備、電氣元件、絕緣材料進(jìn)行工頻或直流高壓下的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)。

二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

YDQ系列高壓試驗(yàn)變壓器采用單框芯式鐵芯結(jié)構(gòu)，初級(jí)繞組繞在鐵芯上，高壓繞組在外，這種同軸布置減少了漏磁通，因而增大了繞組間的耦合。產(chǎn)品的外殼為圓柱灌式容器結(jié)構(gòu)，能耐受0.8MPa以上壓力。其結(jié)構(gòu)見圖1：

三、工作原理（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

YDQ系列高壓試驗(yàn)變壓器為單相變壓器，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)Ⅰ.Ⅰ. 用工頻220V(10kVA以上為380V)電源接入 (為本公司生產(chǎn)的試驗(yàn)變壓器配套專用設(shè)備，詳細(xì)資料請見其具體使用說明書)系列操作箱(臺(tái))，經(jīng)操作箱內(nèi)自偶調(diào)壓器(50kVA以上調(diào)壓器外附)調(diào)節(jié)至0～200V(或0～400V)電壓輸出至YDQ試驗(yàn)變壓器的初級(jí)繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在試驗(yàn)變壓器高壓繞組可獲得試驗(yàn)所需的高電壓。

單臺(tái)YDQ系列高壓試驗(yàn)變壓器的工作原理圖見圖2。

單臺(tái)YDQ系列交直流高壓試驗(yàn)變壓器的工作原理圖見圖3，圖中高壓套管中裝有高壓硅堆，串接在高壓回路中作半波整流，以獲得直流高電壓。當(dāng)用一短路桿將高壓硅堆短接時(shí)，可獲得工頻高電壓，作為交流輸出狀態(tài)；取消短路桿時(shí)，作為直流輸出狀態(tài)。

試驗(yàn)變壓器高壓套管中的高壓硅堆未畫出，其原理與上圖相同。

三臺(tái)試驗(yàn)變壓器串級(jí)獲得更高電壓的接線原理見圖4。串級(jí)高壓試驗(yàn)變壓器有很大的*性，因?yàn)檎麄€(gè)試驗(yàn)裝置由幾臺(tái)單臺(tái)試驗(yàn)變壓器組成，單臺(tái)試驗(yàn)變壓器容量小、電壓低、重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。它既然可串接成高出幾倍的單臺(tái)試驗(yàn)變壓器輸出電壓組合使用，又可分開成幾套單臺(tái)試驗(yàn)變壓器單獨(dú)使用。整套裝置投資小，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。圖5中，在第1級(jí)和第2級(jí)的每個(gè)單元試驗(yàn)變壓器中都有一個(gè)勵(lì)磁繞組A1、C1和A2、C2。在三臺(tái)串級(jí)試驗(yàn)變壓器基本原理中，低壓電源加在試驗(yàn)變壓器Ⅰ的初級(jí)繞組a1x1上，單臺(tái)試驗(yàn)變壓器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的輸出電壓都是V。勵(lì)磁繞組A1、C1給第2級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅱ的初級(jí)繞組供電；第2級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅱ的勵(lì)磁繞組A2、C2給第三級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅲ的初級(jí)繞組供電。第2級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅱ和第三級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅲ的箱體分別處在對(duì)地為1V和2V的高電位上，所以箱體對(duì)地是絕緣的，試驗(yàn)變壓器Ⅰ的箱體是接地的。這樣第1級(jí)、第2級(jí)、第三級(jí)試驗(yàn)變壓器對(duì)地的額定輸出電壓分別為1V、2V、3V；其額定容量分別為3P、2P、1P。

YDQ系列高壓試驗(yàn)變壓器做被試品的工頻耐壓試驗(yàn)使用接線原理圖見圖5。

圖中：R1—限流電阻       FRC—阻容分壓器     RF—球間隙保護(hù)電阻     G—球間隙          CX—被試品

注：高壓尾必須可靠接地

工頻耐壓試驗(yàn)中限流電阻R1應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)變壓器的額定容量來選擇。如高壓側(cè)額定輸出電流在100～300mA時(shí)，可取0.5～1Ω/V(試驗(yàn)電壓)；高壓側(cè)額定輸出電流為1A以上時(shí)，可取1Ω/V(試驗(yàn)電壓)。常用水電阻作為限流電阻，管子長度可按150kV/m考慮，管子粗細(xì)應(yīng)具有足夠的熱容量(水阻液配制方法：用蒸餾水加入適量硫酸銅配制成各種不同的阻值)。

球間隙及保護(hù)電阻：當(dāng)電壓超過球間隙整定值時(shí)(一般取試驗(yàn)電壓的110%~120%)，球間隙放電，對(duì)被試品起到保護(hù)作用。球間隙保護(hù)電阻可按1Ω/V(試驗(yàn)電壓)選取。

在工頻耐壓試驗(yàn)中，低電壓側(cè)測量電壓(儀表電壓)不是非常準(zhǔn)確的，其原因是由于試驗(yàn)變壓器存在著漏抗，在這個(gè)漏抗上必然存在著壓降或容升，使試品上的電壓低于或高于低壓側(cè)測量電壓表上反映出來的電壓。工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，被試品上的電壓高于試驗(yàn)變壓器的輸出電壓，也就是所謂容升現(xiàn)象。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)變壓器的漏抗必然存在著壓降。為了準(zhǔn)確測量被試品上所施加的電壓，因此常在高壓側(cè)接入FRC阻容分壓器來測量電壓(見圖5)。

工頻耐壓試驗(yàn)操作注意事項(xiàng)

1）試驗(yàn)人員應(yīng)做好分工，明確相互間聯(lián)系方法。并有專門人監(jiān)護(hù)現(xiàn)場安全及觀察試品狀態(tài)。

2）被試品應(yīng)先清掃干凈，并優(yōu)良干燥，以免損壞被試品和試驗(yàn)帶來的誤差。

3）對(duì)于大型試驗(yàn)，一般都應(yīng)先進(jìn)行空升試驗(yàn)。即不接試品時(shí)升壓至試驗(yàn)電壓，校對(duì)各種表計(jì)，調(diào)整球間隙。

4）升壓速度不能太快，并必須防止突然加壓。例如調(diào)壓器不在零位時(shí)突然合閘。也不能突然切斷電源，一般應(yīng)在調(diào)壓器降至零位時(shí)拉閘。

5）當(dāng)電壓升至試驗(yàn)電壓時(shí)，開始計(jì)時(shí)，到1min后，迅速降壓到1/3試驗(yàn)電壓以下時(shí)，才能拉開電源。

6）在升壓或耐壓試驗(yàn)過程中，如發(fā)現(xiàn)下列不正常情況時(shí)，應(yīng)立即降壓，切斷電源。停止試驗(yàn)并查明原因：①電壓表指針擺動(dòng)很大；②發(fā)現(xiàn)絕緣燒焦或冒煙；③被試品內(nèi)有不正常的聲音。

7）耐壓試驗(yàn)前后應(yīng)測量絕緣電阻，檢查絕緣情況。

試驗(yàn)變壓器在做被試品的直流耐壓或泄露試驗(yàn)時(shí)接線原理圖如圖6。

注：此試驗(yàn)應(yīng)先抽出短路桿“D"，圖6中所示。

圖中：VD—高壓硅堆     R1—限流電阻      C1—高壓濾波電容    FRC—阻容分壓器     CX—被試品    μA—帶保護(hù)微安表

泄露試驗(yàn)中限流電阻R1選擇在額定輸出電壓時(shí)，輸出端短路電流不超過高壓硅堆的*大整流。如電壓硅堆的*大整流電流為100mA時(shí)用于60kV的試驗(yàn)裝置中，限流電阻按R1=60/0.1=600kΩ選擇。限流電阻還應(yīng)具有足夠的容量和沿面放電距離。

高壓濾波電容C1一般選擇在0.01~0.1μF，當(dāng)被試品的電容量很大時(shí)，C1可省略不用。

泄露試驗(yàn)的操作及注意事項(xiàng)

1）試驗(yàn)前應(yīng)先檢查被試品是否停電，接地放電，一切對(duì)外連線是否擦干凈。要嚴(yán)防將試驗(yàn)電壓加到有人工作的部位上去。

2）接好試驗(yàn)裝置的接線后，應(yīng)復(fù)查無誤后才可加壓。應(yīng)特別注意檢查高壓設(shè)備及引線與地、與操作人員的安全距離，被試品的外殼是否可靠接地，要按安全規(guī)程中所規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)。

3）對(duì)于大電容量設(shè)備應(yīng)緩慢升壓，防止被試品的充電電流燒壞微安表。必要時(shí)應(yīng)分級(jí)加壓，分別讀取各級(jí)電壓下微安表的穩(wěn)定讀數(shù)。

4）試驗(yàn)過程中，應(yīng)密切監(jiān)視被試品、試驗(yàn)裝置、微安表，一旦發(fā)生擊穿、閃爍等異?，F(xiàn)象應(yīng)立即降壓，切斷電源，并查明原因，詳細(xì)記錄。

5）試驗(yàn)完畢，降壓，切斷電源后應(yīng)將被試品及試驗(yàn)裝置本身充分放電。

四、注意事項(xiàng)（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

1、按照您所進(jìn)行的試驗(yàn)接好工作線路。試驗(yàn)變壓器的外殼以及操作系統(tǒng)的外殼必須可靠接地。試驗(yàn)變壓器高壓繞組的X端(高壓尾)以及測量繞組的F端必須可靠接地。

2、做串級(jí)試驗(yàn)時(shí)，第2級(jí)、第三級(jí)試驗(yàn)變壓器的低壓繞組的X端，測量繞組的F端以及高壓繞組的X端(高壓尾)均接本級(jí)試驗(yàn)變壓器的外殼。第2級(jí)、第三級(jí)試驗(yàn)變壓器的外殼必須通過絕緣支架接地。

3、接通電源前，操作系統(tǒng)的調(diào)壓器必須調(diào)到零位后方可接通電源，合閘，開始升壓。

4、從零開始均勻旋轉(zhuǎn)調(diào)壓器手輪升壓。升壓方法有：快速升壓法，即20s逐級(jí)升壓法；慢速升壓法，即60s逐級(jí)升壓法；極慢速升壓法供選用。電壓從零開始按一定的升壓方式和速度上升到您所需的額定試驗(yàn)電壓的75%后，在以每秒2%額定試驗(yàn)電壓的速度升到您所需的額定電壓，并密切注意測量儀表的指示以及被試品的情況。升壓過程中或試驗(yàn)過程中如發(fā)現(xiàn)測量儀表的指示及被試品情況異常，應(yīng)立即降壓，切斷電源，查明情況。

5、試驗(yàn)完畢后，應(yīng)在數(shù)秒內(nèi)勻速的將調(diào)壓器返回至零位，然后切斷電源。

6、本產(chǎn)品不得超過額定參數(shù)使用。除試驗(yàn)必須外，決不允許全電壓通電或斷電。

7、 再升壓或耐壓試驗(yàn)過程中，如發(fā)現(xiàn)以下不正常情況時(shí)，應(yīng)立即降壓，切斷電源，停止試驗(yàn)并查明原因。

⑴電壓表指針擺動(dòng)(或數(shù)字跳動(dòng))很大

⑵電流表直線上升

被試品內(nèi)有不正常的聲音

8、圖1中第9項(xiàng)系壓力閥及壓力表，為長期關(guān)閉狀態(tài)。每6個(gè)月開閥一次，以檢查SF6壓力，應(yīng)不小于0.2MPa(檢查壓力后立即關(guān)閉閥門)，低于0.2MPa時(shí)應(yīng)加SF6氣體，以增加氣絕緣。

9、耐壓實(shí)驗(yàn)前后應(yīng)測量被試設(shè)備的絕緣電阻，檢查絕緣情況。

10、 當(dāng)試驗(yàn)變壓器長期不使用時(shí)，應(yīng)放置于通風(fēng)、干燥、無陽光直射的地方。

11、 該產(chǎn)品不允許在高于45℃的溫度下長期存放、使用、放氣。

12、 運(yùn)輸搬運(yùn)途中不得重力沖擊。

13、 產(chǎn)品緊固件及壓力閥、壓力表不得擅自松動(dòng)。

14、使用本產(chǎn)品做高壓試驗(yàn)時(shí)，出熟悉本說明書外，還必須嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程?？蓞⒄?/span>GB311-83《高壓輸變設(shè)備的絕緣配合，高壓試驗(yàn)技術(shù)》；《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》等。

五、試驗(yàn)變壓器的容量選擇（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

標(biāo)稱試驗(yàn)變壓器容量Pn的確定公式：Pn=kVn 2ωCt×10-9

式中：

Pn——標(biāo)稱試驗(yàn)變壓器容量(kVA)

Vn——試驗(yàn)變壓器的額定輸出高壓的有效值(kV)

k ——安全系數(shù)。k≥1，標(biāo)稱電壓Vn≥1MV時(shí)，k=2；標(biāo)稱電壓較低時(shí)，k值可取高一些。

Ct——被試品的電容量(pF)

ω——角頻率，ω=2πf， f——試驗(yàn)電源的頻率

被試設(shè)備的電容量Ct可由交流電橋測出。Ct的變化很大，

可由設(shè)備的類型而定。

典型數(shù)據(jù)如下：

簡單的棒式或懸式絕緣子             幾十微法

簡單的分級(jí)套管                     100～1000pF

電壓互感器                         200 ～ 500pF

電力變壓器       < 1000kVA         ～1000pF

                 > 1000kVA        1000～10000pF

高壓電力電纜和油浸紙絕緣           250～300pF/m

氣體絕緣                           ～60pF/m

封閉變電站，SF6氣體絕緣            100～10000Pf;

對(duì)于不同的試驗(yàn)電壓Vn，選擇不同的(適當(dāng)?shù)?/span>)安全系數(shù)k。

以下列出不同的Vn所選用的k值供參考。

Vn =50~100kV        k = 4

Vn =150~300kV       k = 3

Vn > 300kV          k = 2

近年來，隨著電力電子裝備的大量應(yīng)用以及風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電占比的不斷升高，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)“雙高"特點(diǎn)，高比例新能源接入地區(qū)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)研究的重點(diǎn)之一。

據(jù)國網(wǎng)智研院總工程師、“縣域級(jí)高比例可再生能源電力系統(tǒng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究"項(xiàng)目負(fù)責(zé)人賀之淵介紹，隨州廣水科技示范工程在電源側(cè)采用自同步電壓源控制技術(shù)的94兆瓦風(fēng)電和光伏發(fā)電機(jī)組供電，在電網(wǎng)側(cè)安裝了第1臺(tái)電壓等級(jí)最高、容量最大的縣域電網(wǎng)能量路由器，在儲(chǔ)能側(cè)分散布置了總?cè)萘繛?/span>15兆瓦/30兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，在負(fù)荷側(cè)形成了12兆瓦分布式微電網(wǎng)群和雙向新能源汽車站的可控負(fù)荷，在控制保護(hù)方面研制了世界首套可支持縣域級(jí)全可再生能源電網(wǎng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制系統(tǒng)。國網(wǎng)湖北省電力有限公司作為工程牽頭單位，國網(wǎng)智研院負(fù)責(zé)高壓大容量能量路由器的方案設(shè)計(jì)和裝備研制。

隨州廣水科技示范工程的實(shí)時(shí)協(xié)同控制系統(tǒng)相當(dāng)于“大腦"，可在新能源發(fā)電機(jī)組出力出現(xiàn)盈虧時(shí)，讓儲(chǔ)能設(shè)備存儲(chǔ)或釋放能量，通過需求側(cè)響應(yīng)削峰填谷，調(diào)動(dòng)高壓大容量能量路由器進(jìn)行潮流雙向控制，實(shí)現(xiàn)電力電量平衡，保障供電穩(wěn)定性。在這項(xiàng)工程中發(fā)揮重要作用的大容量能量路由器裝備連接主電網(wǎng)與新能源供電示范區(qū)，能夠靈活控制上網(wǎng)和下網(wǎng)潮流方向及能量大小，不但能實(shí)現(xiàn)主電網(wǎng)與新能源供電示范區(qū)的功率互濟(jì)，還能夠保證頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定，提高大容量新能源電源并網(wǎng)的可靠性。此外，大容量能量路由器裝備具備多個(gè)雙向功率端口，涵蓋中壓直流電網(wǎng)領(lǐng)域典型的±375伏、±20千伏等電壓等級(jí)，可連接儲(chǔ)能、新能源汽車充電樁和直流配網(wǎng)系統(tǒng)等多種元素，從而促進(jìn)新能源電量就地消納。

國網(wǎng)智研院于2020年成立新型電力系統(tǒng)新能源并網(wǎng)裝備研發(fā)團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)兩年時(shí)間，提出并研制了適用于縣域級(jí)高比例新能源接入的大容量能量路由器裝備。裝備已通過型式試驗(yàn)驗(yàn)證。為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能和新能源汽車等多類型電源與負(fù)荷的協(xié)同控制，以及縣域100%新能源新型電力系統(tǒng)的長期獨(dú)立運(yùn)行，在大容量能量路由器控制保護(hù)技術(shù)方面，研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了能量路由器電壓源換流器（VSC換流器）交流電壓主動(dòng)支撐、新能源接入系統(tǒng)故障穿越、孤島聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定切換等策略，完成VSC換流器全套控制保護(hù)策略設(shè)計(jì)，研制了國際首套110千伏/60兆瓦能量路由器VSC換流器控制保護(hù)系統(tǒng)。這些創(chuàng)新突破了新能源高比例、大規(guī)模接入縣域電網(wǎng)后帶來的系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)和安全穩(wěn)定控制難題，有助于實(shí)現(xiàn)未來電網(wǎng)安全、高效、協(xié)同運(yùn)行，提升新能源利用水平。

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