刘进鹏
国网青海省电力公司检修公司 青海 格尔木816000
摘要：目前，特高压直流换流阀的电池厂以及电磁兼容是当下研究的重点话题，对此国内外许多专家和学者都对其展开了系统化的研究。而对于特高压直流换流阀电磁场和电磁兼容问题，通过传统的三维电场边界元法难以达到预期的效果，不能有效提取换流阀的寄生参数，运用理论计算和实验测算以及数据仿真等方式方法针对瞬态电磁干扰等问题进行解决方案的设计，这对于直流换流阀的研究以及工程运用带来了可靠的支持。特高压直流输电是一种大容量远距离的传输技术方案，在我国的运用较为普遍并且需求量较大，近年来社会经济的不断发展使得我国能源分布不均等问题越来越严重，因此中国电网建设需要采取大范围资源优化的方向，特高压直流输电便是最为关键的技术手段。对此本文便围绕特高压直流换流阀展开论述，探讨有关的电磁场和电磁兼容性能设计以及电磁问题的研究。
关键词：特高压直流换流阀；电磁场；电磁兼容
引言：特高压换流阀具有阶跃性能量大、电气应力高、电磁干扰强度大等特征，强弱电设备近距离紧密耦合系统，电磁干扰的耦合机制也较为复杂，因此触发监测系统等电磁敏感设备的电磁兼容设计需要进行多方面考量。如800kV特高压换流阀屏蔽系统具有几何形状不一、系统尺寸较大以及电磁场数值分析建模难度高，常规算法效果不佳等特点。特高压换流阀具有较多的晶闸管串联级数，瞬态电压下模块级均压的系统设计理论不足。在部分重大工程或科研项目之中，特别是特高压换流阀的研发，具有较多且较为复杂的电磁场基础理论以及实际应用问题，经过不断的研究这些问题也相继得到了解决，也为换流阀的研究带来了可靠的支持。
一、特高压换流阀系统瞬态电磁干扰分析
一般情况下，在晶闸管开关过程中可能会形成高频电磁干扰，换流阀组结构中的金属导体的天线效应可能会在阀厅形成辐射型电磁干扰，经过阀厅评比层衰减之后，也会在换流站空间中不断传播，这一部分的干扰量是和电晕电流形成的无线电干扰混合，也是目前换流站周边电磁环境中的主要构成。阀厅内部无线电干扰的控制方向为不对触发监测电路板、发迹电子设备等敏感设备形成干扰，从而规避换流阀误动作等问题。在阀厅之外，换流站空间中的电磁干扰控制重点在于标准限值，尽量避免对环境带来严重影响。针对高压换流站中主要电磁干扰源进行分析的基础上分析换流阀在运作期间形成的持续干扰噪声，所以对换流站阀厅中的金属导体构建带来的电磁干扰预测则是明确换流站电磁干扰程度的重要依据。我国电网直流工程建设以及电网武汉高压研究院等机构针对换流阀无线电干扰进行试验分析，对多个换流站的电磁干扰水平进行测试，获取不同类型换流站在电压等级、输送容量等条件下的电磁干扰信息，这也是目前我国较为权威的实验研究。根据实际数据分析换流站阀厅电磁干扰的整体特征并下定有关的定量结论，如换流阀厅中距墙壁1m左右的位置电磁干扰程度最高，大约在150～500kHz频段之间，当换流阀处于频率10MHz以上时，电磁干扰水平和换流阀停运后的背景噪声大致相同，因此电磁干扰水平和换流阀的输送功率无直接联系。
以时域、频域等方向对应用矩量法计算阀厅金属导体形成电磁干扰水平进行总结，直接时域法将电流作为激励源实施计算，需要考虑的因素不多，计算过程也较为简便，直接频域法则因为可同时考虑金属结构和线路等复杂结构因素，所以更加精确但也更加复杂。基于此又提出将电压源和导线、金属板组我诶基本元件的直接频域法，换流阀塔原件以及金属导线等利用阻抗和线天线、面天线等模型进行等效，在利用有关的巨量发软件进行计算，具有更高的适用性，也改善了换流阀无线电干扰计算问题[1]。
二、特高压换流阀系统电磁兼容设计
对于换流阀来说，在运作期间不可避免地会遇到瞬态电压电流变化，可能会对周边的控制电路带来严重的电磁干扰。有关学者针对辐射电磁场作用下换流阀控制电路板的抗干扰问题进行研究，利用有限元法来仿真计算，0～1GHz频率下，照射方向以及极化方向的不同，平面波照射到印刷电路板级上、PCB板级上敏感回路位置的电磁场长枪、感应电压、表面电流流动等，提出了不限角度的调整、增加滤波器、重新设计布线间距等措施。触发检测电路板中的某些部件设有金属壳体进行电磁屏蔽，但屏蔽体在接缝位置也可能具有间隙，部分情况下需要在壳体中进行开口处理，比如通风散热创空以及信号线出入口，所以封闭系统的金属壳体也并非完全密封，不连续的结构可能会导致电磁能量泄漏，对其屏蔽性能带来影响。通过传输线矩阵法来分析换流阀触发电路板屏蔽系统外界电磁干扰，利用导体机箱孔缝对机箱内部形成的电磁干扰，研究电磁屏蔽的机理以及电磁场传播、机箱尺寸和细缝方向等因素对屏蔽水平带来的影响，计算换流阀触发电路板在系统中电磁干扰作用下的过电流与过电压强度，并制定电磁兼容控制方案。
三、换流阀系统电磁问题的研究进展
（一）特高压换流阀屏蔽系统有晕设计
特高压直流换流阀屏蔽系统的设计需要在多重阀直流耐压试验的基础上，屏蔽罩表面场强不能高于道题在空气的击穿场强，但换流阀在部分环境下会出现电压强度地域试验条件的情况，屏蔽罩的设计便具有一定的裕度，导致曲率半径以及体积都会提高。所以需要分析稳定运行环境下换流阀屏蔽罩无电晕，但在直流耐压试验中则可以存在一定电晕，但对于电晕水平则要进行合理把握，保证电晕引发的无线电干扰不会导致监控系统误动作[2]。
（二）非晶合金饱和电抗器电磁特性设计
饱和电抗器在直流换流阀中至关重要，但设计与生产则需要较多的硅钢片等材料。非晶合金材料的导磁性较为优异，并且稳定性较强，研究基于非晶合金材料的饱和电抗器可以进一步控制运行损耗和生产成本。但非晶合金材料也有一定的特性，所以在设计过程中和以往的铁芯电抗器也具有一定出入。非晶合金材料的铁芯损耗不高，震荡电流的阻尼效果不佳，可能会引发开通电流震荡过零导致晶闸管管段等问题，所以可以利用增设阻尼绕组的方法进行优化。非晶合金铁芯饱和磁性密度相较于硅钢片耕地，磁密性也相对较低，同伏秒数之下铁芯的体积会提高，在换流阀系统中，饱和电抗器运行的体积与重量都需要达到有关的标准，结构形式设计也要考虑多种条件，并且非晶合金铁芯也具有一定的噪声需要在设计中进行优化。
（三）非周期出发下换流阀系统电磁兼容
目前换流站电磁兼容问题的研究目标通常为而定运行状态下换流阀系统和换流阀及环境的无线电干扰等。据有关标准能够得知，换流阀本身的电磁兼容试验属于单阀的非周期触发试验，和辅助阀为预导通状态，对试验过程中的辅助阀有无存在干扰而引发误动作情况进行检测，并不是非周期触发试验下电压电流强度以及变化率高于周期性触发及关断工况，所以要针对不同条件下的无线电干扰仿真计算进行研究[3]。
结束语：近年来，我国对于特高压换流阀的研究也在进一步推进，而随着研究的不断开展，越来越多的电磁场问题也需要解决，而经过研究人员的不断努力，许多问题都得到了有效解决，为换流阀的研究提供技术支撑。
参考文献：
[1]习贺勋,汤广福,曹均正,刘杰,魏晓光.特高压直流换流阀电磁场与电磁兼容研究进展[J].中国电机工程学报,2012:4+30-35.
[2]余占清,何金良,曾嵘.高压直流换流站换流阀开关电磁瞬态特性实验研究[J].高电压技术,2011:232-238.
[3]杨兴超,张占营,秦海晶,陈希艳,徐洋涛.高压输电换流阀晶闸管控制单元电磁兼容测试方法研究[J].电力系统保护与控制,2017:22-27.