5.3换流阀二、晶闸管换流阀设计基本要求晶闸管换流阀是换流站的核心设备之一，其投资约占全站设备投资的1/4。晶闸管换流阀应能在预定的外部环境及系统条件下，按规定的要求安全可靠地运行，并满足损耗小、安装及维护方便、投资省的要求。2.过负荷能力换流阀的过负荷能力应与高压直流输电系统的过负荷能力相匹配，根据系统要求换流阀的过负荷能力可分为三种：（1）连续过负荷额定值，可以长期连续运行的过负荷能力；（2）短时过负荷额定值，一般是指0.5h至数小时内可连续运行的过负荷能力；（3）暂态过负荷额定值，一般是指数秒钟内的过负荷能力。2、对运行触发角工作范围的要求晶闸管换流阀的运行触发角工作范围的优化选择应考虑的因素有：（1）满足额定负荷、最小负荷和直流降压等各种运行方式的要求；（2）满足正常起停和事故起停的要求；（3）满足交流母线电压控制和无功调节控制等要求。换流阀的额定运行触发角（α、γ），从减少无功损耗、减少谐波分量和降低运行损耗等方面考虑，宜越小越好；但从换流阀安全可靠换相和保证有足够的调节裕度的角度出发，应有最小角度限制。目前，整流器的触发角一般取为15°左右，最小值为5°；逆变器的关断角一般取15°~18°，最小值为15°。当直流系统降压运行时，若换流变压器的有载分接头已调至极限位置，不可能再将触发角控制在规定范围内，则其触发角必将增大。对于三—常直流输电系统，经计算表明，在直流系统以400kV（0.8p.u.）电压和300A（0.1p.u.）电流运行时，阀的触发角达到38°～40°，这将是设计晶闸管换流阀稳态运行时的最大角度限制要求，阀的冷却及热力设计须满足此角度连续运行的要求。在起停过程中，触发角将短时处于90°的极端值，持续时间一般应限制在1min内。对于利用换流器进行无功功率调节的直流输电工程，还应考虑在进行无功调节时可能运行的最大的触发角。二、阀电气连接晶闸管换流阀——是由晶闸管元件及其相应的电子电路、阻尼回路以及组装成阀组件（或阀层）所需的阳极电抗器、均压元件等通过某种形式的电气连接后组装而成的换流桥一个桥臂。电气连接：（1）晶闸管及晶闸管级；晶闸管级由晶闸管元件及其所需的触发、保护及监视用的电子回路、阻尼回路构成。（2）阀组件；串联的若干个晶闸管级与阳极电抗器串联后，再并联上均压（电容）元件构成。（3）单阀（阀臂）；（4）三相6脉动换流器及三相12脉动换流器（二重阀和四重阀）。2）晶闸管级3）可控硅组件4）单阀ETT阀塔三、阀电气性能与参数选择1、阀电气性能（1）阀最主要的特性是仅能在一个方向导通电流，这个方向为正向。（2）不导通的阀应能耐受正向及反向阻断电压，阀电压最大值由避雷器保护水平确定。（3）当阀上的电压为正时，得到一个控制脉冲阀就会从闭锁状态转向导通状态，一直到流过阀的电流减小到零为止，阀始终处于导通状态，不能自动关断。（4）阀要有一定的过电流能力，通过健全阀的最大过电流发生在阀两端间的直接短路，而过电流的幅值主要由系统短路容量和换流变压器短路阻抗所决定。现代高压直流换流阀主要由晶闸管元件串联组成（由于元件电流额定值已能满足工程要求，一般无须并联接线），阀的电气性能通过晶闸管元件的特性来实现。换流阀性能的优劣与晶闸管元件特性直接相关。从换流阀设计的基本要求看，阀的优化是综合考虑技术和经济的复杂问题，其中串联晶闸管元件最少和优选晶闸管元件参数是阀设计的一个重要目标。为了减少串联元件数，降低相应损耗和成本，应要求元件耐压水平高，电流定值大，即要求提高单个元件的开关功率容量。2、晶闸管元件性能（P304）（1）阳极伏安特性（断态不重复峰值电压UDSM反向不重复峰值电压URSM）；（2）门极特性；（3）断态重复峰值电压（UDRM）；（4）反向重复峰值电压（URRM）；（5）额定平均电流；（6）断态临界电压上升率du/dt；（7）通态临界电流上升率di/dt；（8）开通时间TON；（9）关断时间TOFF。根据工程经验，不计阀内冗余元件，阀和多重阀单元的耐压应有的保护裕度是：对操作冲击和雷电冲击应大于避雷器保护水平的15%；对于陡波头冲击应大于避雷器保护水平的20%。通常，阀的过电压耐受能力是由每个晶闸管的耐压水平通过多个元件串联叠加来实现的，故在一定的元件耐压水平参数下，阀的耐压能力由晶闸管的串联元件数所决定。从绝缘平配合要求看，阀臂正向非重复阻断电压应高于避雷器保护水平和最小正向紧急触发电压，阀臂的反向非重复阻断电压应高于避雷器保护水平并满足最小绝缘配合裕度要求。阀臂最小串联元件数可由下式计算：式中，URSM为元件非重复反向阻断电压，kV；N为阀臂最小串联元件数；KSI为操作冲击波电压分布不均匀系数；USI为避雷器保护水