國網(wǎng)智研院依托公司科技項目研發(fā)了大容量多端口能量路由器的技術拓撲和多端口直流控制保護技術，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裝備，通過技術成果轉化為工程建設提供了支撐。

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)滿功率運行試驗順利完成。試驗過程中，換流器及其控制保護系統(tǒng)無任何故障和異常報文，為實現(xiàn)縣域級高比例可再生能源電網(wǎng)穩(wěn)定運行以及源網(wǎng)荷儲動態(tài)平衡奠定了堅實基礎。

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，形成了一個開放的具有未來電網(wǎng)特征的實驗平臺和可靠的能源供應物理網(wǎng)絡。依托公司科技項目“縣域級高比例可再生能源電力系統(tǒng)運行關鍵技術研究"，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拓撲和多端口直流控制保護技術，研制了隨州廣水科技示范工程核心技術裝備，通過技術成果轉化支撐了示范工程建設。

一、概述（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

YDQ系列高壓試驗變壓器是根據(jù)《試驗變壓器》標準，在油浸式試驗變壓器的基礎上而設計生產(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，其耐壓強度為同一壓力下氮氣的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)品技術要求全部符合《ZBK-41006-89》標準，它是油浸式輕型試驗變壓器的換代產(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)場搬運無需靜止可使用，使用壽命長、免維修等特點。適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、科研部門等對各種高壓電氣設備、電氣元件、絕緣材料進行工頻或直流高壓下的絕緣強度試驗。

二、產(chǎn)品結構（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

YDQ系列高壓試驗變壓器采用單框芯式鐵芯結構，初級繞組繞在鐵芯上，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構，能耐受0.8MPa以上壓力。其結構見圖1：

三、工作原理（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

YDQ系列高壓試驗變壓器為單相變壓器，聯(lián)結組標號Ⅰ.Ⅰ. 用工頻220V(10kVA以上為380V)電源接入 (為本公司生產(chǎn)的試驗變壓器配套專用設備，詳細資料請見其具體使用說明書)系列操作箱(臺)，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試驗變壓器的初級繞組，根據(jù)電磁感應原理，在試驗變壓器高壓繞組可獲得試驗所需的高電壓。

單臺YDQ系列高壓試驗變壓器的工作原理圖見圖2。

單臺YDQ系列交直流高壓試驗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。當用一短路桿將高壓硅堆短接時，可獲得工頻高電壓，作為交流輸出狀態(tài)；取消短路桿時，作為直流輸出狀態(tài)。

試驗變壓器高壓套管中的高壓硅堆未畫出，其原理與上圖相同。

三臺試驗變壓器串級獲得更高電壓的接線原理見圖4。串級高壓試驗變壓器有很大的*性，因為整個試驗裝置由幾臺單臺試驗變壓器組成，單臺試驗變壓器容量小、電壓低、重量輕，便于運輸和安裝。它既然可串接成高出幾倍的單臺試驗變壓器輸出電壓組合使用，又可分開成幾套單臺試驗變壓器單獨使用。整套裝置投資小，經(jīng)濟實惠。圖5中，在第1級和第2級的每個單元試驗變壓器中都有一個勵磁繞組A1、C1和A2、C2。在三臺串級試驗變壓器基本原理中，低壓電源加在試驗變壓器Ⅰ的初級繞組a1x1上，單臺試驗變壓器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的輸出電壓都是V。勵磁繞組A1、C1給第2級試驗變壓器Ⅱ的初級繞組供電；第2級試驗變壓器Ⅱ的勵磁繞組A2、C2給第三級試驗變壓器Ⅲ的初級繞組供電。第2級試驗變壓器Ⅱ和第三級試驗變壓器Ⅲ的箱體分別處在對地為1V和2V的高電位上，所以箱體對地是絕緣的，試驗變壓器Ⅰ的箱體是接地的。這樣第1級、第2級、第三級試驗變壓器對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系列高壓試驗變壓器做被試品的工頻耐壓試驗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

工頻耐壓試驗中限流電阻R1應根據(jù)試驗變壓器的額定容量來選擇。如高壓側額定輸出電流在100～300mA時，可取0.5～1Ω/V(試驗電壓)；高壓側額定輸出電流為1A以上時，可取1Ω/V(試驗電壓)。常用水電阻作為限流電阻，管子長度可按150kV/m考慮，管子粗細應具有足夠的熱容量(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)。

球間隙及保護電阻：當電壓超過球間隙整定值時(一般取試驗電壓的110%~120%)，球間隙放電，對被試品起到保護作用。球間隙保護電阻可按1Ω/V(試驗電壓)選取。

在工頻耐壓試驗中，低電壓側測量電壓(儀表電壓)不是非常準確的，其原因是由于試驗變壓器存在著漏抗，在這個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測量電壓表上反映出來的電壓。工頻耐壓試驗時，被試品上的電壓高于試驗變壓器的輸出電壓，也就是所謂容升現(xiàn)象。感應耐壓試驗時，試驗變壓器的漏抗必然存在著壓降。為了準確測量被試品上所施加的電壓，因此常在高壓側接入FRC阻容分壓器來測量電壓(見圖5)。

工頻耐壓試驗操作注意事項

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

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

3）對于大型試驗，一般都應先進行空升試驗。即不接試品時升壓至試驗電壓，校對各種表計，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)壓器不在零位時突然合閘。也不能突然切斷電源，一般應在調(diào)壓器降至零位時拉閘。

5）當電壓升至試驗電壓時，開始計時，到1min后，迅速降壓到1/3試驗電壓以下時，才能拉開電源。

6）在升壓或耐壓試驗過程中，如發(fā)現(xiàn)下列不正常情況時，應立即降壓，切斷電源。停止試驗并查明原因：①電壓表指針擺動很大；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）耐壓試驗前后應測量絕緣電阻，檢查絕緣情況。

試驗變壓器在做被試品的直流耐壓或泄露試驗時接線原理圖如圖6。

注：此試驗應先抽出短路桿“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—帶保護微安表

泄露試驗中限流電阻R1選擇在額定輸出電壓時，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時用于60kV的試驗裝置中，限流電阻按R1=60/0.1=600kΩ選擇。限流電阻還應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，當被試品的電容量很大時，C1可省略不用。

泄露試驗的操作及注意事項

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

2）接好試驗裝置的接線后，應復查無誤后才可加壓。應特別注意檢查高壓設備及引線與地、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)容進行試驗。

3）對于大電容量設備應緩慢升壓，防止被試品的充電電流燒壞微安表。必要時應分級加壓，分別讀取各級電壓下微安表的穩(wěn)定讀數(shù)。

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

5）試驗完畢，降壓，切斷電源后應將被試品及試驗裝置本身充分放電。

四、注意事項（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

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

2、做串級試驗時，第2級、第三級試驗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)均接本級試驗變壓器的外殼。第2級、第三級試驗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、從零開始均勻旋轉調(diào)壓器手輪升壓。升壓方法有：快速升壓法，即20s逐級升壓法；慢速升壓法，即60s逐級升壓法；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電壓的75%后，在以每秒2%額定試驗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。升壓過程中或試驗過程中如發(fā)現(xiàn)測量儀表的指示及被試品情況異常，應立即降壓，切斷電源，查明情況。

5、試驗完畢后，應在數(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。除試驗必須外，決不允許全電壓通電或斷電。

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

⑴電壓表指針擺動(或數(shù)字跳動)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項系壓力閥及壓力表，為長期關閉狀態(tài)。每6個月開閥一次，以檢查SF6壓力，應不小于0.2MPa(檢查壓力后立即關閉閥門)，低于0.2MPa時應加SF6氣體，以增加氣絕緣。

9、耐壓實驗前后應測量被試設備的絕緣電阻，檢查絕緣情況。

10、 當試驗變壓器長期不使用時，應放置于通風、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、 運輸搬運途中不得重力沖擊。

13、 產(chǎn)品緊固件及壓力閥、壓力表不得擅自松動。

14、使用本產(chǎn)品做高壓試驗時，出熟悉本說明書外，還必須嚴格執(zhí)行國家有關標準和操作規(guī)程。可參照GB311-83《高壓輸變設備的絕緣配合，高壓試驗技術》；《電氣設備預防性試驗規(guī)程》等。

五、試驗變壓器的容量選擇（YDQSF6氣體變壓器規(guī)格很齊全）

標稱試驗變壓器容量Pn的確定公式：Pn=kVn 2ωCt×10-9

式中：

Pn——標稱試驗變壓器容量(kVA)

Vn——試驗變壓器的額定輸出高壓的有效值(kV)

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

Ct——被試品的電容量(pF)

ω——角頻率，ω=2πf， f——試驗電源的頻率

被試設備的電容量Ct可由交流電橋測出。Ct的變化很大，

可由設備的類型而定。

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;

對于不同的試驗電壓Vn，選擇不同的(適當?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用以及風電、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，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建新型電力系統(tǒng)研究的重點之一。

據(jù)國網(wǎng)智研院總工程師、“縣域級高比例可再生能源電力系統(tǒng)運行關鍵技術研究"項目負責人賀之淵介紹，隨州廣水科技示范工程在電源側采用自同步電壓源控制技術的94兆瓦風電和光伏發(fā)電機組供電，在電網(wǎng)側安裝了第1臺電壓等級最高、容量最大的縣域電網(wǎng)能量路由器，在儲能側分散布置了總容量為15兆瓦/30兆瓦時的儲能系統(tǒng)，在負荷側形成了12兆瓦分布式微電網(wǎng)群和雙向新能源汽車站的可控負荷，在控制保護方面研制了世界首套可支持縣域級全可再生能源電網(wǎng)高效穩(wěn)定運行的源網(wǎng)荷儲協(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)智研院負責高壓大容量能量路由器的方案設計和裝備研制。

隨州廣水科技示范工程的實時協(xié)同控制系統(tǒng)相當于“大腦"，可在新能源發(fā)電機組出力出現(xiàn)盈虧時，讓儲能設備存儲或釋放能量，通過需求側響應削峰填谷，調(diào)動高壓大容量能量路由器進行潮流雙向控制，實現(xiàn)電力電量平衡，保障供電穩(wěn)定性。在這項工程中發(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，不但能實現(xiàn)主電網(wǎng)與新能源供電示范區(qū)的功率互濟，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雙向功率端口，涵蓋中壓直流電網(wǎng)領域典型的±375伏、±20千伏等電壓等級，可連接儲能、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)團隊，歷經(jīng)兩年時間，提出并研制了適用于縣域級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驗證。為了實現(xiàn)風電、光伏發(fā)電、儲能和新能源汽車等多類型電源與負荷的協(xié)同控制，以及縣域100%新能源新型電力系統(tǒng)的長期獨立運行，在大容量能量路由器控制保護技術方面，研發(fā)團隊提出了能量路由器電壓源換流器（VSC換流器）交流電壓主動支撐、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策略設計，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，有助于實現(xiàn)未來電網(wǎng)安全、高效、協(xié)同運行，提升新能源利用水平。

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