带电容滤波的三相不控整流桥仿真.doc

带电容滤波的三相不控整流桥仿真（全面版）资料
目录
0．题目 3
0.1．总体要求 3
1．直流电压与负载电压的关系 3
1.1．实验内容 3
1.2．实验仿真结果 3
1.3．实验结果分析 4
2．电流波形与负载的关系 5
2.1．实验内容 5
2.2．实验仿真结果 5
2.3．实验结果分析 7
3．平波电抗器的作用 7
3.1．实验内容 7
3.2．实验仿真结果 7
3.3．实验结果分析 10
4．抑制充电电流的方法 10
4.1．实验内容 10
4.2．实验仿真结果 10
4.3．实验结果分析 12
5．收获 12

0. 题目——带电容滤波的三相不控整流桥仿真
0.1 总体要求
利用“simpowersystems”建立三相不控整流桥的仿真模型。输入三相电压源，线电压380V，50Hz，内阻0.001欧姆。三相二极管整流桥可用“Universal Bridge”模块，二极管采用默认参数。直流滤波电容3300μF，负载为电阻。仿真时间0.3s。
注：前三项只考虑稳态情况，第四项注重启动过程。
1. 直流电压与负载电阻的关系
1.1 实验内容
分别仿真整流电路空载及负载电阻为10、1和0.1欧姆时的情况。
记录直流电压波形，根据仿真结果求出直流电压，并比较分析其与负载的关系。
1.2 实验仿真结果
A. 整流电路空载时，测得直流侧输出电压为537.4V

整体波形如下所示
细微波形如下所示

B. 整流电路负载阻抗为10欧姆时，测得直流侧输出电压为523.3V
细微波形如下所示（最小分度为0.005s）

C. 整流电路负载阻抗为1欧姆时，测得直流侧输出电压为511.1V
细微波形如下所示（最小分度为0.005s）

D. 整流电路负载阻抗为0.1欧姆时，测得直流侧输出电压为493.5V
细微波形如下所示（最小分度为0.005s）

1.3 实验结果分析
分析仿真图形和数据可以得出直流电压与负载电阻的关系：空载时，输出的直流电压波形近似为直线，负载越大电压的波纹越严重；随着电阻的增大，电压平均值越来越小。

2. 电流波形与负载的关系
2.1 实验内容

记录直流电流和a相交流电流，并分析规律。
2.2 实验仿真结果
A．负载电阻为10欧姆时，仿真模型如下所示，记录直流电流为52.32A，a相交流电流为-9.871A；

电流波形如下所示（其中上方为a相电流，下方为直流侧电流，最小分度为0.005s）

B．负载电阻为1.67欧姆时，仿真模型如下所示，记录直流电流为305.8A，a相交流电流为-43.97A；

电流波形如下所示（其中上方为a相电流，下方为直流侧电流，最小分度为0.005s）

C．负载电阻为0.5欧姆时，仿真模型如下所示，记录直流电流为1018A，a相交流电流为-113.2A；

电流波形如下所示（其中上方为a相电流，下方为直流侧电流，最小分度为0.005s）

2.3 实验结果分析
随着负载的加大（10、1.67、0.5），直流侧的电流逐渐增大，且直流侧电流起伏逐渐增大，波纹增加，同时，a相的电流也逐渐增大，并且更接近正弦。当负载为10时，直流侧电流为断续；负载为1.67时，直流侧电流为临界状态；负载为0.5时，直流侧电流为连续。

3. 平波电抗器的作用
3.1 实验内容
直流侧加1mH电感。分别仿真轻载50欧姆和重载0.5欧姆时的情况，记录直流和交流电流波形，并计算交流电流的THD。仿真同样负载条件下，未加平波电抗器的情况，并加以比较分析。
3.2 实验仿真结果

A.直流侧加1mH电感，轻载50欧姆时，仿真模型如下所示，交流电流的THD（%）值为0.9064；

电流波形如下所示（其中上方为a相电流，下方为直流侧电流，最小分度为0.005s）

B.直流侧加1mH电感，重载0.5欧姆时，仿真模型如下所示，交流电流的THD（%）值为0.3089；

电流波形如下所示（其中上方为a相电流，下方为直流侧电流，最小分度为0.005s）

C.直流侧不加1mH电感，轻载50欧姆时，仿真模型如下所示，交流电流的THD（%）值为2.401；

电流波形如下所示（其中上方为a相电流，下方为直流侧电流，最小分度为0.005s）

D.直流侧不加1mH电感，重载0.5欧姆时，仿真模型如下所示，交流电流的THD（%）值为0.3438；

电流波形如下所示（其中上方为a相电流，下方为直流侧电流，最小分度为0.005s）

3.3 实验结果分析
交流电流的THD（%）值如下表所示
负载
平波电抗器
交流电流的THD（%）
50欧姆
加
0.9064
不加
2.401
0.5欧姆
加
0.3089
不加
0.3438
分析波形和THD值，可知同样负载条件下：有平波电抗器时，直流电流明显平稳很多；有平波电抗器时，a相电流也平稳很多；有平波电抗器时THD较小。
4. 抑制充电电流的方法
4.1 实验内容
观察前述仿真中，启动时的直流电流大小，分析原因，提出解决方法并进行仿真验证。
4.2 实验仿真结果
A．串电阻时的交流侧启动电流，仿真模型如下所示

启动电流波形如下所示（最小分度为0.02s）

B.不串电阻时的交流启动电流，仿真波形如下所示

启动电流波形如下所示（最小分度为0.02s）

4.3 实验结果分析
观察前述仿真在启动时的交流有一个很大的冲击。再负载的交流侧串电阻，在启动后的某时间内再将电阻切除，可以减小启动时大的交流冲击电流。

5. 收获
本次实验应该算是初次接触Matlab中的simpowersystems；通过本次实验，我在原有的基础上对Matlab有了更深一步的了解，熟练了操作，并学会用仿真地方法发现问题，解决问题。
另外，本次实验与《电力电子学》紧密结合，通过实际的仿真现象，我更加熟知了课本中的原理概念，更加形象的理解了相关方面的知识，在脑海里留下了深刻的印象。

随机信号分析原理大作业报告
专业:水声工程
姓名: xxx
学号:xxxxxxxxxx
题目要求:
给定一个白噪声信号,它的均值和方差自定。
1.设计一个线性滤波器,使该滤波器的输出为一个窄带信号。并给出
该窄带信号在不同的3个典型中心频率和带宽时的波形。
2.对该滤波器输出的上述窄带信号,用莱斯表示法对其进行建模,画
出(t a和(t b的波形。
3.计算上述3种窄带信号对应的瞬时频率和瞬时相位,并进行包络检
测。
整个频率区间,即

图6 滤波器2输出信号的时域波形

附件一滤波器1输出信号仿真程序clear all
close all
clc
%产生高斯白噪声
N=25000; %序列长度
my_var = 2;
noise = sqrt(my_var*randn(1,N;%均值为0,方差为2 figure(1
plot(noise
title('均值为0方差为2的高斯白噪声'
grid on
fs = 25000;%采样频率
f0 = 1000;%中心频率
%滤波器
f_pass = [900 1100];
omega_pass = 2*f_pass/fs;
b = fir1(192,omega_pass;
figure(2
freqz(b,1,1024%滤波器幅度和相位图像
grid on
%噪声通过窄带滤波器
filter_outpu = filter(b,1,noise;
figure(3
plot(filter_outpu
title('窄带信号在时域的波形'
grid on
%做fft变换
Nfft = fs;
fft_x = fft(filter_outpu,Nfft;
ff = 0:fs/Nfft:fs-fs/Nfft;
figure(4
plot(ff,20*log10(abs(fft_x%窄带信号的频谱
title('窄带信号的频谱'
xlabel('频率 Hz'
ylabel('幅度 dB'
grid on
%窄带信号在时域的波形
X_t = filter_outpu;
t = 0:1/fs:1-1/fs;
figure(5
plot(t,X_t
title('窄带信号在时域的波形'
xlabel('t / s'
grid on
%莱斯表示法
h_X = hilbert(X_t,Nfft ;%希尔伯特变换
omega0 = 2*pi*f0;
A_t = X_t.*cos(omega0*t+h_X.*sin(omega0*t;
B_t = -1*X_t.*sin(omega0*t+h_X.*cos(omega0*t; figure(6
subplot(2,1,1;
plot(t,A_t
grid on
hold on
subplot(2,1,2;
plot(t,B_t
grid on
%瞬时频率瞬时相位
theta_t = atan(h_X./X_t; xh1=unwrap(angle(h_X; omega_t=fs*diff(xh1/(2*pi; figure(7
plot(omega_t;
title('瞬时频率'
omega_t = diff(theta_t; figure(8
plot(t,theta_t
title('瞬时相位'
grid on
%包络检测
am = abs(h_X;
figure(9
plot(t,X_t,t,am,'r' %包络title('窄带信号的包络'
grid on

《滤波与均衡效果》微课电子讲义

滤波；均衡
2.8 滤波与均衡效果
在滤波与均衡效果中，包括FFT滤波、图形EQ均衡处理以及参数均衡效果器等。使用FFT添滤波效果器可以在音乐中制作低通滤波声效；使用EQ均衡处理能提升或削减音乐中10段、20段或30段之间的音乐频段；使用参数均衡效果器可以对音乐的音调均衡进行调节。
FFT滤波效果器
1．什么是滤波？
滤波：是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。又分为低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波。
低通滤波：低频信号能正常通过，而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱。
高通滤波：高频信号能正常通过，而低于设定临界值的低频信号则被阻隔、减弱
带通滤波：能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平。
带阻滤波：能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平。
l 实例：在音乐中制作低通滤波声效
FFT滤波效果器可以产生宽的高通或低通滤波器（保持高频或低频）、窄的带通滤波器（模拟一个 的声音）或陷波滤波器（消除小的、精确的频段）。
Step1：按Ctrl+O组合键，打开一段音频素材天空之歌.mp3”。
Step2：在菜单栏中，单击“效果”|“滤波与均衡” |“FFT滤波”命令，弹出“效果-FFT滤波”对话框，如图2-1所示，
图2-1 弹出“效果-FFT滤波”对话框
绘制
Step3：在中间的图形区域，添加两个关键帧，并调整关键帧的位置，绘制凹凸线型，如图2-2所示。

图2-2 绘制凹凸线型
Step4：绘制完成后，单击“应用”按钮，即可运用FFT滤波效果器处理音频，在“编辑器”窗口中可以查看处理后的音乐音波效果。
2.8.2 EQ均衡处理
在Audition CS6软件中，图形均衡器有10段、20段和30段三种。运用图形均衡器可以提升或削减音乐频段
图形均衡器将声音分成不同的频段（如图2-3所示中的10段效果器），每一个频段用一个滑块来控制，默认滑块位于滑道的中央部分，通过上下滑动来实现对相应频段的控制，增大或者减小

图2-3 图形均衡器10段
对音色不是很了解的同学，可以通过均衡器来先了解一下不同频段的音对整个声音的影响，在此基础上调节出自己喜欢的音色来。
由于均衡器可改变各频段电平，那么要想通过调节均衡来达到改善音质的目的，就必须掌握各频段的作用和各音源重要频段的音色特性及主观感受：
100Hz属于温暖段，如果使这部分加强，能使低音部分更加的柔和温暖；
200Hz属于混浊低沉，调音色时可适当减弱本段；
300Hz~1KHz属于大多数音乐中的主要频段，突出这一频带可以加强音色的骨骼，主要是在300Hz~800Hz之间；
1.5KHz~2KHz这一频段很容易有“嗡嗡”的声音，削弱该频带会使声音干净，但同时也失去一部分效果
2KHz~4KHz属于温暖而又不失亮度，非常适合吉他类的乐器
4KHz~5KHz属于音质比较粗糙的频段，这部分的过高会导致整体音量的上升！
7KHz或7KHz以上，就属于高频段，音质上显得尖锐很有攻击性，很容易产生嘶嘶声音
8KHz~10KHz范围属于钗片的音色范围
l 实例1：提升音乐中10段之间的音乐频段
Step1：按Ctrl+O组合键，打开一段音频素材“美丽的凤凰.mp3”。
Step2：在菜单栏中，单击“效果”|“滤波与均衡” |“图形均衡器（10段）”命令，弹出“效果-图形均衡器（10段）”对话框，如图2-4所示。
Step3：在其中设置“预设”为1965-Part2，在下方显示相关预设参数，如图2-5所示。
Step4：设置完成后，单击“应用”按钮，即可运用图形均衡处理器（10段）效果器处理音频，在“编辑器”窗口中可以看处理后的音乐音波效果。

图2-4 弹出“效果-图形均衡器（10段）”对话框 图2-5 预设“1965-Part2”相关参数
l 实例2：削减音乐中20段之间的音乐频段
Step1：按Ctrl+O组合键，打开一段音频素材“圣诞的礼物.mp3”。
Step2：在菜单栏中，单击“效果”|“滤波与均衡” |“图形均衡器（20段）”命令，弹出“效果-图形均衡器（20段）”对话框，如图2-6所示。
Step3：在其中设置“预设”为Possible Bass，在下方显示相关预设参数，如图2-7所示。
Step4：设置完成后，单击“应用”按钮，即可运用图形均衡处理器（20段）效果器处理音频，在“编辑器”窗口中可以查看处理后的音乐音波效果。

图2-6 弹出“效果-图形均衡器（20段）”对话框

图2-7 预设Possible Bass相关参数
l 实例3：处理音乐中30段之间的音乐频段
在Audition CS6软件中，运用图形均衡器（30段）效果器可以提升或削减音乐中30段之间的音乐频段。
Step1：按Ctrl+O组合键，打开一段音频素材“圣诞的礼物.mp3”。
Step2：在菜单栏中，单击“效果”|“滤波与均衡” |“图形均衡器（30段）”命令，弹出“效果-图形均衡器（30段）”对话框。
Step3：在其中设置“预设”值。
Step4：设置完成后，单击“应用”按钮，即可运用图形均衡处理器（30段）效果器处理音频，在“编辑器”窗口中可以查看处理后的音乐音波效果。
2.8.3 参数均衡效果器
参数均衡器是通过控制参数来实现对音色控制的均衡器,与图形均衡器不同，它可对各均衡参量分别进行调整，是所有均衡器中用途最大的
参数均衡器是很好的音质加工工具，可美化（包括丑化）和修饰声音，使声音（或音乐）风格更加鲜明
调音台上的均衡器一般都是参量式或准参量式均衡，通常把20Hz~20KHz的频率范围分为2-4段来调整，先进的调音台都采用4 段均衡，即高频、中高频、中低频和低频，之所以把中频分成两部分是因为大多数乐器的能量都集中在这一频段，而人耳对这一频段的灵敏度也比较高。
l 实例：对音乐中的音调均衡进行调节
Step1：按Ctrl+O组合键，打开一段音频素材“和平之月.mp3”。
Step2：在菜单栏中，单击“效果”|“滤波与均衡” |“参数均衡”命令，弹出“效果-参数均衡器”对话框。如图2-8所示。
Step3：在其中设置“预设”为Old Time Radio，下方显示相关预设参数，如图2-9所示。
Step4：设置完成后，单击“应用”按钮，即可运用参数均衡效果器处理音频，在“编辑器”窗口中可以查看处理后的音乐音波效果。

图8-4 预设“1965-Part2”相关参数图 8-8 预设Old Time Radio相关参数

图2-8 弹出“效果-参数均衡器”对话框 图2-9 预设Old Time Radio相关参数

2.8.4 陷波滤波器
一种特殊的频率衰减器，可消除带宽很窄的频率，而对相邻的频段影响很小
通常可用来解决声音的回授问题，只要找对回授声的频率，在该频率进行陷波处理，就能够抵消回授声，同时对其他频率的影响很小
在实际录音中常需要对60Hz的低频嗡声进行陷波处理，把陷波器调在60Hz处，在很窄的带宽内对60Hz成分作很大的衰减，而对其他频率成分不会产生太大的影响

小结
本节主要讲解了滤波与均衡效果，包括用FFT滤波效果器，在音乐中制作低通滤波声效；用EQ均衡处理，提升音乐中10段之间的音乐频段；用EQ均衡处理，削减音乐中20段之间的音乐频段和用参数均衡效果器，对音乐的音调均衡进行调节。

带进位加法指令

带进位相加
1、操作码：ADDC---带进位相加运算。
2、指令格式如表1所示。
3、指令功能：将A的数据＋存储单元的数据＋CY的数据的结果存放于A。
表1：ADDC指令一览表
指 令
功 能 简 述
字节数
机器周期数
ADDC A ，Rn
累加器加寄存器和进位标志
1
1
ADDC A ，@Ri
累加器加内部RAM单元和进位标志
1
1
ADDC A ，#data
累加器加立即数和进位标志
2
1
ADDC A ，direct
累加器加直接寻址单元和进位标志
2
1
例如：ADDC A，@Ri ；Aß(A)＋((Ri))+(cy)
A累加器内容＋Ri的内容所指向存储单元的内容＋cy的内容，结果存于A。

2021特高压输电技术国际会议论文集 1
特高压直流输电用直流滤波电容器组的
设计问题研究
左强林、马维勇
(桂林电力电容器有限责任公司,中国广西桂林市建干路 541004
摘要:本文对特高压直流输电用直流滤波电容器组的关键技 术问题进行深入的分析研究,提出了层间 1min 直流耐受电 压的确定原则, 得到了靠增加伞径来增加绝缘子的爬距对电 容器组的均压是毫无意义的结论, 认为特高压直流输电用直 流滤波电容器组应采用 H 型接线、桥差电流保护方式,本 文还研究了特高压直流滤波电容器组采用塔架式结构的可 行性, 并进行了抗震计算, 希望这些问题的解决, 对特高压 直流输电用直流滤波电容器组的设计和生产有所帮助。
关键词:特高压直流输电;直流滤波电容器组;设计问题; 研究
1 前言
我国西电东送的电力能源输送格局,决定了我 国的直流输电技术的地位。随着经济社会的快速发 展, 直流输电技术也在突飞猛进。 2021年,我国开 始了向家坝 -上海、 云南 -广东这两个 ±800kV特高压 直流输电工程的建设,高压直流滤波电容器组 C1成为电容器行业关注的热点。随着溪落左岸 -湖南、 溪落右岸 -浙江、 锦屏 -江苏等多个 ±800kV的特高压 直流工程的建设,人们对特高压直流滤波电容器组 C1的关注也进一步升温。
直流滤波电容器技术难度相对较高,与交流电 容器相比技术差异很大。本文作者一直致力于直流 滤波电容器的技术研究,在 2006年的特高压输电 技术国际会议上参与发表文章 [1],详细分析了电容 器单元内部的技术问题,本文主要分析研究特高压 直流输电用直流滤波电容器组(以下简称特高压电 容器组的关键技术问题,结合特高压直流输电用 直流滤波电容器组的技术规范和云南 -广东 ±800kV特高压直流输电工程中部分电容器组的设计生产 以及呼伦贝尔 — 辽宁、德阳—宝鸡两个直流工程 C1电容器组的设计研究经验,分析的重点包括特 高压电容器组的绝缘配合问题、均压问题、保护问 题和抗震问题,希望有助于特高压电容器组的设计 生产。 2 绝缘配合问题研究
文献 [2]对交流电容器组中的绝缘配合问题进
行了较为详细的分析。直流滤波电容器组中的绝缘
配合问题与交流电容器组中的绝缘配合问题有一
定的类似之处,也包括短时工频耐受电压、爬距以
及 BIL/SIL等,不同的是短时工频耐受电压的确定
对于直流滤波电容器组来说是次要的,爬距和
BIL/SIL是主要的。本节主要分析特高压电容器组
的绝缘配合问题。表 1是 ±800kV特高压电容器组
C1的部分数据 [3-4]。
表 1±800kV特高压电容器组 C1的部分数据
参数名称 参数值
额定电容 C Nb 1.2 μF
额定直流电压 U DC 816
kV 额定电压 U Nb 1148 kV
高低压端子间 1950/1707
kV
高压端子与地间 2100/1600
kV
BIL/
SIL
高压端子与地间 750/750
kV
爬电比距 54
mm/kV 低压端子与地间的最小爬电
距离
1878 mm
根据文献 [2]的分析和表 1的数据不难看出, 对
于特高压电容器组而言,爬距的要求是主要的。电
容器组的总爬距要求达到 816×54=44064mm,如果
按纵向双塔布置高塔对地绝缘子的爬距至少要达
到 44064/2+1878=23910mm,即使用 500kV 的支柱
绝缘子,也难以企及这个爬距。所以电容器组不能
采用纵向双塔布置方式,只能用横向双塔或单塔布
置方式。实际上纵向双塔布置还会带来均压问题,
不利于电容器组的安全运行。从这个意义上说,也
应该避免这种布置方式。 根据文献 [2]的分析, 单塔
布置方式电容器组的层间绝缘配合问题主要包括
爬距和绝缘水平两个方面。
2.1 爬距问题
对于直流滤波电容器组而言, 爬距是最严格也
是最重要的绝缘配合指标。所以首先要核定单台电
容器和支柱绝缘子的爬电距离。对于单台电容器而
2 特高压直流输电用直流滤波电容器组的设计问题研究
言,目前套管的爬距大于 800mm 就很难实现了。 也就是说, 电容器组的层数会达到 44064 /800/2=28层,平均每层 1m 高,总高将达到 28m 。与 ±500kV的高压直流电容器组相比,这就是特高压直流滤波 电容器组最困难的地方。目前电容器组的设计主要 有塔架式和悬吊式两种结构。
2.2 绝缘水平问题
从表 1可以看出,对于一个 28层的特高压电 容 器 组 而 言 , 层 间 的 BIL=1950/28=70kV, SIL=1707/28=61kV,对于 800 mm爬距的套管而言 这个绝缘水平很容易达到,关键是如何选择绝缘子 的短时工频交流试验电压和直流试验电压。 先看 1min 直流试验电压。 标准 GB/T 11024.1[5]规定, 电容器的绝缘水平按端子间耐压增加 15%确 定,结合标准 GB/T 20993[6]的规定,层间 1min 直 流耐受电压按下式确定:
U t =2.6×1.15×k ×U N (1 式中:U t —1min 直流试验电压; U N — 电容器单元 的额定电压; k — 相对于外壳连接电位的串联单元 数。 根据表 1的数据, 不难得到 U t 的值。 在干燥状 态下,这个耐受电压值不难达到,关键是在污秽条 件下的耐受水平。考虑到电压分布的不均匀性,上 述计算需要考虑一个合适的安全系数,户内使用时 这个安全系数可以取 1.0,但根据文献 [7]的数据, 湿度大于 70%时,这个安全系数应取适当取大一 点。
标准 GB/T 20993[6]规定, 电容器的短时工频耐受电 压为 1.1BIL/√ 2,这样层间绝缘子的短时工频耐受 电压为 1.1×70/√ 2=55kV,这个电压很容易达到。 为了尽量检出绝缘子的缺陷,笔者建议层间绝缘子 的短时工频耐受电压根据爬距确定一个合理的工 频耐受电压值。
3 均压问题研究
均压技术是直流滤波电容器组中最为关键的 技术,尤其是特高压电容器组。均压问题的引出实 际上是由直流电压和交流电压的分布原理不同造 成的。 文献 [1]对直流电容器单元中的均压问题进行 了详细的分析,本文主要分析电容器组的均压问 题,也就是分析层间绝缘子对电容器组均压效果的 影响。
3.1 瓷质绝缘子对电容器组均压的影响分析 由于绝缘子表面的污秽电阻可能很小,所以绝 缘子表面污秽电阻对确定特高压电容器组的均压 参数极为重要。 资料 [8]表明, 绝缘子的污秽电阻可 以按式(2计算:
f
l
D
dl
R
l
y
ρ
π
ρ=
=∫
((2 式中:R y — 套管或绝缘子的污秽电阻; l — 泄露距 离; D — 相当于某 l 值的直径; ρ— 污秽层的平均 表面电阻系数; f — 形状系数,与泄露电阻成正比。 由式 (2 可知, 如果绝缘子的等效直径为 D 0, 则
f = l/πD 0(3 式(3表明,形状系数与泄露距离成正比, 与等效直径成反比,即与套管的长径比成正比。因 此,长径比大的套管抗污秽的能力强。这就是为什 么在直流系统中规定爬电比距的同时往往有等效 外径要求的原因。从式(3可以看出,靠增加伞 径来增加绝缘子的爬距是毫无意义的。
结合式(2和式(3可以看出,对于形状已 经确定的绝缘子,绝缘子的污秽电阻与其表面的电 阻系数成正比。如果各层绝缘子的污秽状况不一 样,或潮湿程度不一样,绝缘子表面的泄漏就不一 样 [7], 会对特高压电容器组的层间电压分布产生极 大的影响。
从以上分析可以看出, 直流绝缘子的选取应有 别于交流绝缘子,应更注重绝缘子的防污性能,也 就是增加绝缘子的长径比。要增加绝缘子的长径比 首先要在绝缘子的伞形尺寸上下功夫。能够增加爬 距又不增加外径的伞形适合于直流绝缘子。
3.2 复合绝缘子对电容器组均压的影响分析 1996年后, 复合绝缘子在电力系统中的应用已 经很广泛 [9]~[10], 特别是在交流系统中。 我国对其制 造技术、表面的积污特性也做了很多研究 [11]~[14]。 近年来,复合绝缘子在直流系统中的使用也很普 遍,包括不平衡电流保护用的光电 CT 的外套和悬 式绝缘子等。由于硅橡胶表面具有憎水性,雨水难 以在其表面形成连续的线或面,其表面的污秽电阻 相对较大,对电容器组的电压分配的影响较小,所 以较适合于用在直流滤波电容器组中。如果采用复 合绝缘子,则爬电比距可以适当减小。目前复合绝 缘子有瓷心和玻璃钢心两种。如果电容器组采用塔 架式结构,应采用瓷心复合绝缘子,利用瓷质材料 良好的抗压能力,提高电容器塔架的抗震能力。如 果电容器组采用悬吊式结构,则应采用玻璃钢复合
2021特高压输电技术国际会议论文集 3
绝缘子,利用玻璃钢材料良好的抗拉能力,提高电 容器整体结构的安全稳定性。但这种情况下应该注 意,由于顶部的绝缘子需要承受 800kV 的直流电 压,需要采取一定的电场均匀措施 [15]~[18],延长硅 橡胶的使用寿命。
4 保护问题研究
目前,高压直流滤波电容器组 C1的内部故障 不平衡保护方案主要有两种:一种是 H 型接线, 采 用桥式差动电流保护; 另一种是 II 型接线, 采用 “ 横 差 ” 不平衡电流保护,如图 2~3所示。下面我们来 分析一下它们在特高压电容器组上应用的可行性。
图 2 H 型接线示意

图 3 II 型接线示意
要分析这两种接线方式的优劣,首先要确定直 流滤波电容器组的保护整定原则。 从文献 [1]的分析 可以知道,特高压直流滤波电容器单元的内部熔丝 可以动作的根数很少,作为保护整定的依据显然有 问题。考虑到均压电阻的存在,单元中的直流电压 分布基本不受电容变化的影响,保护整定原则可以 按单元中短路的元件串段数来确定。如果每个臂的 单元只有 1并,不难得到:
0/2(
H
N A
I I Nn A =− (4
/2H A
Nn A λ=
− (5
11/2H H A
Nn A
βλ=+=+− (6
0/2II N A
I I Nn A =− (7
II A
Nn A λ=− (8
11II II A
Nn A
βλ=+=+− (9
式(4 ~(9中, N 为电容器组中单元的总
串联数; n 为电容器单元中元件的串联数; A 为击 穿元件的串联数; λ为支路间的不平衡度; β为元 件的过电压倍数; I 0为不平衡电流; I N 为额定电流。 其中下标为 “H” 的为 H 型接线的参数,下标为 “II” 的为 II 型接线的参数。
从式(4 ~(9和表 1的数据可以看出,由 于 特 高 压 直 流 滤 波 电 容 器 组 的 额 定 电 压 达 到
1148kV , 以单元中元件电压为 3.5kV 计算, 电容器 的串联元件数达到 328串。虽然两种接线的不平衡 电流与额定电流的比值差不多, 但 II 型接线对支路
间的不平衡度要求很高,按保护整定值与初始不平 衡值的比达到 4倍计算,这个值可能高到 0.05%左 右,相当于 1K 左右的温度变化,这在工程上很难 实现。所以特高压电容器组 C1采用 II 型接线的保 护方式基本不可行, 需要采用 H 型接线, 桥差不平 衡电流保护。需要注意的是,由于直流滤波电容器 组中的电流都是谐波电流,而常规的 CT 只能测量 基波电流,不能准确测量谐波电流,至少在谐波条 件下对电流的测量精度是不够的。如果要采用谐波 电流比值的整定原则,还需要采用光电式 CT 或能
精确测量 3/6/12次等谐波电流的电磁式 CT ,常规
CT 难以满足这个精度要求。
此外,如果采用 H 型接线,要特别注意 CT 的 表面污秽电阻对电容器组中直流电压分布的影响, 以免恶化电容器组的运行条件。如果采用 II 型接 线,根据标准 GB/T 20993[6]的原理图可以知道, 由于 CT 在低压端,通过电感接地,电感上没有直 流电压,所以 CT 本身基本没有直流电压的作用, 不会对电容器组的电压分布产生影响。
5 抗震问题研究
直流滤波电容器组中电容器的数量比交流滤 波器组中电容器的数量要少得多,按理不应该存在
4 特高压直流输电用直流滤波电容器组的设计问题研究
机械强度方面的问题,至少不会很突出。但从前面 的分析可知,直流滤波电容器组的爬距要求很高, 电容器组的层数很多,塔架的高度很高,所以塔架 的稳定性问题,特别是在受风条件下的稳定性问题 会比较突出,需要做深入的研究。为了解决稳定性 问题,电容器组可以采用悬吊式结构。悬吊式结构 的机械强度问题主要集中在顶部的悬式绝缘子上 和横梁上。悬式绝缘子的选取既要考虑地震的影 响,也要考虑风荷及摆动的影响,横梁应该针对具 体的工程和设计要具体计算,必要时可以进行试验 验证。
悬吊式结构虽然解决了电容器塔的稳定性问 题,但检修问题将更为突出。由于电容器塔很高, 又是悬吊式结构,给检修带来极大的困难,所以应 根据实际情况确定是否采用。
随着等静压法 (干法成型 绝缘子技术的成熟, 电容器组采用塔架式结构成为可能。我们根据表 1参数设计了一个特高压电容器组的塔架式设计方 案,并对设计方案进行抗震计算,计算采用有限元 梁模型进行。在抗震计算中分析了电容器组的地震 荷载效应,地震荷载采用的是电力设施抗震设计规 范 [19]给出的反应谱法。抗震计算采用的水平加速 度 0.20g ,垂直加速度 0.13g 。荷载组合包括了静力 的自重、风荷载和地震荷载。抗震计算结果如表 2所示。
表 2 中软场地构件应力校核表(MPa
计算应力
构件名称 容许应 力 风向 X 方向 风向 Y
方向
安全 系数
落地绝缘子 51.51 9.91 8.95 5.20 层间绝缘子 39.79 12.93 9.57 3.08
台架 295.00 108.45 82.73 2.72 绝缘子底板及
螺栓
295.00 86.86 71.02 3.40
连接板 295.00 181.87 150.17 1.94 台架支撑 295.00 81.95 110.05 2.68
从表 2可以看出,设计方案的最小安全系数是 中软场地时底部连接板的 1.94,完全可以满足抗震 要求满足规范的大于 1.67的要求。 因此电容器组的 设计可以满足抗 8度地震的要求。此外,为了提高 电容器组的抗震可靠性,还可以进行整个塔架的动 力特性试验,以进一步验证。
6 结论及建议
6.1 由于爬距方面和均压方面的要求, 电容器
组不能采用纵向双塔布置方式,只能用横向双塔或 单塔布置方式。
6.2 层间的 BIL/SIL很容易达到, 层间的绝缘 配合的关键是污秽和爬距;层间 1min 直流耐受电 压按式 2.6×1.15×k ×U N 确定,层间绝缘子的短时工 频耐受电压可以根据爬距确定一个合理的耐受值。
6.3 靠增加伞径来增加绝缘子的爬距是毫无 意义的。在伞径和高度一样的情况下,能够增加爬 距的扇形结构较适合于直流绝缘子。
6.4 复合绝缘子表面的污秽电阻相对较大, 适 合于用在直流滤波电容器组中。瓷心复合绝缘子适 合在塔架式结构的电容器组中使用,玻璃钢复合绝 缘子适合在悬吊式结构的电容器组中。
6.5 II型接线对支路间的不平衡度要求很高, 所以采用 II 型接线的保护方式基本不可行, 需要采 用 H 型接线,桥差不平衡电流保护。但采用 H 型 接线,要特别注意 CT 的表面污秽电阻对电容器组 中直流电压分布的影响。
6.6 随着等静压法绝缘子技术的成熟, 使特高 压直流滤波电容器组采用塔架式结构成为可能。抗 震计算表明,塔架式结构完全满足抗震要求。为了 提高电容器组的抗震可靠性,还可以进行整个塔架 的动力特性试验,以进一步验证。
参考文献
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