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国网智研院依托公司科技项目研发了大容量多端口能量路由器的技术拓扑和多端口直流控制保护技术，为随州广水100%新能源新型电力系统科技示范工程研制了核心技术装备，通过技术成果转化为工程建设提供了支撑。

1月31日，湖北随州广水100%新能源新型电力系统科技示范工程能量路由器60兆瓦换流器带示范区满功率运行试验顺利完成。试验过程中，换流器及其控制保护系统无任何故障和异常报文，为实现县域级高比例可再生能源电网稳定运行以及源网荷储动态平衡奠定了坚实基础。

随州广水100%新能源新型电力系统科技示范工程（简称“随州广水科技示范工程"）是国家电网有限公司新型电力系统专项四类示范工程之一。2022年11月19日，随州广水科技示范工程启动送电，为418平方千米供区内超过20万人提供了清洁能源，形成了一个开放的具有未来电网特征的实验平台和可靠的能源供应物理网络。依托公司科技项目“县域级高比例可再生能源电力系统运行关键技术研究"，国网智能电网研究院有限公司研发了大容量多端口能量路由器的技术拓扑和多端口直流控制保护技术，研制了随州广水科技示范工程核心技术装备，通过技术成果转化支撑了示范工程建设。

一、概述（YDQSF6气体变压器规格很齐全）

YDQ系列高压试验变压器是根据《试验变压器》标准，在油浸式试验变压器的基础上而设计生产的。SF6气体具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能，其耐压强度为同一压力下氮气的2.5倍，击穿电压的空气的2.5倍。在0.25MPa下与油的击穿电压相等，在0.45MPa压力下是油的击穿电压的2倍，是一种优于油的新一代超高压绝缘介质材料。该产品技术要求全部符合《ZBK-41006-89》标准，它是油浸式轻型试验变压器的换代产品。该产品具有体积小、重量轻、不受气候变化影响、电晕小、现场搬运无需静止可使用，使用寿命长、免维修等特点。适用于电力系统、工矿企业、科研部门等对各种高压电气设备、电气元件、绝缘材料进行工频或直流高压下的绝缘强度试验。

二、产品结构（YDQSF6气体变压器规格很齐全）

YDQ系列高压试验变压器采用单框芯式铁芯结构，初级绕组绕在铁芯上，高压绕组在外，这种同轴布置减少了漏磁通，因而增大了绕组间的耦合。产品的外壳为圆柱灌式容器结构，能耐受0.8MPa以上压力。其结构见图1：

三、工作原理（YDQSF6气体变压器规格很齐全）

YDQ系列高压试验变压器为单相变压器，联结组标号Ⅰ.Ⅰ.用工频220V(10kVA以上为380V)电源接入(为本公司生产的试验变压器配套专用设备，详细资料请见其具体使用说明书)系列操作箱(台)，经操作箱内自偶调压器(50kVA以上调压器外附)调节至0～200V(或0～400V)电压输出至YDQ试验变压器的初级绕组，根据电磁感应原理，在试验变压器高压绕组可获得试验所需的高电压。

单台YDQ系列高压试验变压器的工作原理图见图2。

单台YDQ系列交直流高压试验变压器的工作原理图见图3，图中高压套管中装有高压硅堆，串接在高压回路中作半波整流，以获得直流高电压。当用一短路杆将高压硅堆短接时，可获得工频高电压，作为交流输出状态；取消短路杆时，作为直流输出状态。

试验变压器高压套管中的高压硅堆未画出，其原理与上图相同。

三台试验变压器串级获得更高电压的接线原理见图4。串级高压试验变压器有很大的*性，因为整个试验装置由几台单台试验变压器组成，单台试验变压器容量小、电压低、重量轻，便于运输和安装。它既然可串接成高出几倍的单台试验变压器输出电压组合使用，又可分开成几套单台试验变压器单独使用。整套装置投资小，经济实惠。图5中，在第1级和第2级的每个单元试验变压器中都有一个励磁绕组A1、C1和A2、C2。在三台串级试验变压器基本原理中，低压电源加在试验变压器Ⅰ的初级绕组a1x1上，单台试验变压器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的输出电压都是V。励磁绕组A1、C1给第2级试验变压器Ⅱ的初级绕组供电；第2级试验变压器Ⅱ的励磁绕组A2、C2给第三级试验变压器Ⅲ的初级绕组供电。第2级试验变压器Ⅱ和第三级试验变压器Ⅲ的箱体分别处在对地为1V和2V的高电位上，所以箱体对地是绝缘的，试验变压器Ⅰ的箱体是接地的。这样第1级、第2级、第三级试验变压器对地的额定输出电压分别为1V、2V、3V；其额定容量分别为3P、2P、1P。

YDQ系列高压试验变压器做被试品的工频耐压试验使用接线原理图见图5。

图中：R1—限流电阻FRC—阻容分压器RF—球间隙保护电阻G—球间隙CX—被试品

注：高压尾必须可靠接地

工频耐压试验中限流电阻R1应根据试验变压器的额定容量来选择。如高压侧额定输出电流在100～300mA时，可取0.5～1Ω/V(试验电压)；高压侧额定输出电流为1A以上时，可取1Ω/V(试验电压)。常用水电阻作为限流电阻，管子长度可按150kV/m考虑，管子粗细应具有足够的热容量(水阻液配制方法：用蒸馏水加入适量硫酸铜配制成各种不同的阻值)。

球间隙及保护电阻：当电压超过球间隙整定值时(一般取试验电压的110%~120%)，球间隙放电，对被试品起到保护作用。球间隙保护电阻可按1Ω/V(试验电压)选取。

在工频耐压试验中，低电压侧测量电压(仪表电压)不是非常准确的，其原因是由于试验变压器存在着漏抗，在这个漏抗上必然存在着压降或容升，使试品上的电压低于或高于低压侧测量电压表上反映出来的电压。工频耐压试验时，被试品上的电压高于试验变压器的输出电压，也就是所谓容升现象。感应耐压试验时，试验变压器的漏抗必然存在着压降。为了准确测量被试品上所施加的电压，因此常在高压侧接入FRC阻容分压器来测量电压(见图5)。

工频耐压试验操作注意事项

1）试验人员应做好分工，明确相互间联系方法。并有专门人监护现场安全及观察试品状态。

2）被试品应先清扫干净，并优良干燥，以免损坏被试品和试验带来的误差。

3）对于大型试验，一般都应先进行空升试验。即不接试品时升压至试验电压，校对各种表计，调整球间隙。

4）升压速度不能太快，并必须防止突然加压。例如调压器不在零位时突然合闸。也不能突然切断电源，一般应在调压器降至零位时拉闸。

5）当电压升至试验电压时，开始计时，到1min后，迅速降压到1/3试验电压以下时，才能拉开电源。

6）在升压或耐压试验过程中，如发现下列不正常情况时，应立即降压，切断电源。停止试验并查明原因：①电压表指针摆动很大；②发现绝缘烧焦或冒烟；③被试品内有不正常的声音。

7）耐压试验前后应测量绝缘电阻，检查绝缘情况。

试验变压器在做被试品的直流耐压或泄露试验时接线原理图如图6。

注：此试验应先抽出短路杆“D"，图6中所示。

图中：VD—高压硅堆R1—限流电阻C1—高压滤波电容FRC—阻容分压器CX—被试品μA—带保护微安表

泄露试验中限流电阻R1选择在额定输出电压时，输出端短路电流不超过高压硅堆的*大整流。如电压硅堆的*大整流电流为100mA时用于60kV的试验装置中，限流电阻按R1=60/0.1=600kΩ选择。限流电阻还应具有足够的容量和沿面放电距离。

高压滤波电容C1一般选择在0.01~0.1μF，当被试品的电容量很大时，C1可省略不用。

泄露试验的操作及注意事项

1）试验前应先检查被试品是否停电，接地放电，一切对外连线是否擦干净。要严防将试验电压加到有人工作的部位上去。

2）接好试验装置的接线后，应复查无误后才可加压。应特别注意检查高压设备及引线与地、与操作人员的安全距离，被试品的外壳是否可靠接地，要按安全规程中所规定的内容进行试验。

3）对于大电容量设备应缓慢升压，防止被试品的充电电流烧坏微安表。必要时应分级加压，分别读取各级电压下微安表的稳定读数。

4）试验过程中，应密切监视被试品、试验装置、微安表，一旦发生击穿、闪烁等异常现象应立即降压，切断电源，并查明原因，详细记录。

5）试验完毕，降压，切断电源后应将被试品及试验装置本身充分放电。

四、注意事项（YDQSF6气体变压器规格很齐全）

1、按照您所进行的试验接好工作线路。试验变压器的外壳以及操作系统的外壳必须可靠接地。试验变压器高压绕组的X端(高压尾)以及测量绕组的F端必须可靠接地。

2、做串级试验时，第2级、第三级试验变压器的低压绕组的X端，测量绕组的F端以及高压绕组的X端(高压尾)均接本级试验变压器的外壳。第2级、第三级试验变压器的外壳必须通过绝缘支架接地。

3、接通电源前，操作系统的调压器必须调到零位后方可接通电源，合闸，开始升压。

4、从零开始均匀旋转调压器手轮升压。升压方法有：快速升压法，即20s逐级升压法；慢速升压法，即60s逐级升压法；极慢速升压法供选用。电压从零开始按一定的升压方式和速度上升到您所需的额定试验电压的75%后，在以每秒2%额定试验电压的速度升到您所需的额定电压，并密切注意测量仪表的指示以及被试品的情况。升压过程中或试验过程中如发现测量仪表的指示及被试品情况异常，应立即降压，切断电源，查明情况。

5、试验完毕后，应在数秒内匀速的将调压器返回至零位，然后切断电源。

6、本产品不得超过额定参数使用。除试验必须外，决不允许全电压通电或断电。

7、再升压或耐压试验过程中，如发现以下不正常情况时，应立即降压，切断电源，停止试验并查明原因。

⑴电压表指针摆动(或数字跳动)很大

⑵电流表直线上升

被试品内有不正常的声音

8、图1中第9项系压力阀及压力表，为长期关闭状态。每6个月开阀一次，以检查SF6压力，应不小于0.2MPa(检查压力后立即关闭阀门)，低于0.2MPa时应加SF6气体，以增加气绝缘。

9、耐压实验前后应测量被试设备的绝缘电阻，检查绝缘情况。

10、当试验变压器长期不使用时，应放置于通风、干燥、无阳光直射的地方。

11、该产品不允许在高于45℃的温度下长期存放、使用、放气。

12、运输搬运途中不得重力冲击。

13、产品紧固件及压力阀、压力表不得擅自松动。

14、使用本产品做高压试验时，出熟悉本说明书外，还必须严格执行国家有关标准和操作规程。可参照GB311-83《高压输变设备的绝缘配合，高压试验技术》；《电气设备预防性试验规程》等。

五、试验变压器的容量选择（YDQSF6气体变压器规格很齐全）

标称试验变压器容量Pn的确定公式：Pn=kVn 2ωCt×10-9

式中：

Pn——标称试验变压器容量(kVA)

Vn——试验变压器的额定输出高压的有效值(kV)

k——安全系数。k≥1，标称电压Vn≥1MV时，k=2；标称电压较低时，k值可取高一些。

Ct——被试品的电容量(pF)

ω——角频率，ω=2πf，f——试验电源的频率

被试设备的电容量Ct可由交流电桥测出。Ct的变化很大，

可由设备的类型而定。

典型数据如下：

简单的棒式或悬式绝缘子几十微法

简单的分级套管100～1000pF

电压互感器200～500pF

电力变压器< 1000kVA～1000pF

> 1000kVA 1000～10000pF

高压电力电缆和油浸纸绝缘250～300pF/m

气体绝缘～60pF/m

封闭变电站，SF6气体绝缘100～10000Pf;

对于不同的试验电压Vn，选择不同的(适当的)安全系数k。

以下列出不同的Vn所选用的k值供参考。

Vn =50~100kV k = 4

Vn =150~300kV k = 3

Vn > 300kV k = 2

近年来，随着电力电子装备的大量应用以及风电、光伏发电等新能源发电占比的不断升高，电力系统呈现“双高"特点，高比例新能源接入地区的系统稳定性和可靠性成为构建新型电力系统研究的重点之一。

据国网智研院总工程师、“县域级高比例可再生能源电力系统运行关键技术研究"项目负责人贺之渊介绍，随州广水科技示范工程在电源侧采用自同步电压源控制技术的94兆瓦风电和光伏发电机组供电，在电网侧安装了第1台电压等级最高、容量最大的县域电网能量路由器，在储能侧分散布置了总容量为15兆瓦/30兆瓦时的储能系统，在负荷侧形成了12兆瓦分布式微电网群和双向新能源汽车站的可控负荷，在控制保护方面研制了世界首套可支持县域级全可再生能源电网高效稳定运行的源网荷储协同控制系统。国网湖北省电力有限公司作为工程牵头单位，国网智研院负责高压大容量能量路由器的方案设计和装备研制。

随州广水科技示范工程的实时协同控制系统相当于“大脑"，可在新能源发电机组出力出现盈亏时，让储能设备存储或释放能量，通过需求侧响应削峰填谷，调动高压大容量能量路由器进行潮流双向控制，实现电力电量平衡，保障供电稳定性。在这项工程中发挥重要作用的大容量能量路由器装备连接主电网与新能源供电示范区，能够灵活控制上网和下网潮流方向及能量大小，不但能实现主电网与新能源供电示范区的功率互济，还能够保证频率稳定和电压稳定，提高大容量新能源电源并网的可靠性。此外，大容量能量路由器装备具备多个双向功率端口，涵盖中压直流电网领域典型的±375伏、±20千伏等电压等级，可连接储能、新能源汽车充电桩和直流配网系统等多种元素，从而促进新能源电量就地消纳。

国网智研院于2020年成立新型电力系统新能源并网装备研发团队，历经两年时间，提出并研制了适用于县域级高比例新能源接入的大容量能量路由器装备。装备已通过型式试验验证。为了实现风电、光伏发电、储能和新能源汽车等多类型电源与负荷的协同控制，以及县域100%新能源新型电力系统的长期独立运行，在大容量能量路由器控制保护技术方面，研发团队提出了能量路由器电压源换流器（VSC换流器）交流电压主动支撑、新能源接入系统故障穿越、孤岛联网稳定切换等策略，完成VSC换流器全套控制保护策略设计，研制了国际首套110千伏/60兆瓦能量路由器VSC换流器控制保护系统。这些创新突破了新能源高比例、大规模接入县域电网后带来的系统平衡调节和安全稳定控制难题，有助于实现未来电网安全、高效、协同运行，提升新能源利用水平。

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