CN101706541A - 一种直流输电换流阀故障电流实验检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流输电换流阀故障电流实验检测装置，具体涉及一种对换流阀适应故障能力的故障电流实验检测装置。包括高压小电流回路和低压大电流回路，检测装置包括故障电流回路，高压小电流回路、低压大电流回路和故障电流回路分别与试品换流阀Vt串接。本发明首先通过高压回路和大电流回路对试品换流阀进行加热，达到稳定状态，而后由故障电流回路提供所需的故障电流，断开开关后再进行实验，防止了对电力系统的短路冲击，利用调整补能回路的电压实现故障电流峰值和持续时间的灵活性、可调性。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流输电换流阀检测装置，具体涉及一种对换流阀适应故障能力的故障电流实验检测装置。
背景技术
随着高压直流输电技术在电力系统中应用的逐步推广，电力传输中的核心部件——高压直流输电换流阀，其工作的可靠性成为电力系统安全的关键。对换流阀进行的运行试验，是验证高压直流输电换流阀设计和制造水平、提高其可靠性的重要手段。故障电流试验作为运行试验的重要组成部分，其主要目的是验证换流阀承受短路电流引起的最大电流、电压和温度应力作用的设计是否正确的，主要包括以下两种试验：
a)后加正压的单波次故障电流试验——抑制一个最大幅值的单波次故障电流，从最高温度开始的，跟着闭锁发生的反向和正向电压，包括任何甩负荷造成的过电压；
b)无后加正压的多波次故障电流试验——在与单波次试验相同的条件下，直到断路器跳闸前，继续存在多波次故障电流，但不再施加正向电压，最后一个故障电流波后不再施加电压。
目前国际上普遍采用合成试验方法来进行直流输电换流阀的故障电流试验，如申请号为200810236505.2中公开了“一种高压直流输电换流阀运行试验的合成方法”，从电力系统取能后，再投入电流源对试品阀进行实验，利用了独立的电压源和电流源，减少了试验设备的容量，降低了试验设备的费用，但和ABB公司、西门子公司进行同样试验的方法一样：利用大电流回路6脉冲整流桥通过模拟桥臂短路来提供所需的故障电流，谐振高压回路提供所需的试验电压，采用这种试验方法，试验对供电系统的冲击很大，同时要求供电系统具有非常高的短路容量，不利于供电系统的电压稳定，容易影响该供电系统中其余负荷的正常运行，同时用于隔离高压回路和大电流回路的隔离阀将经受同试品阀相同的故障电流强度，这极大的降低了试验装置的安全行和可靠性，此外通过电力系统提供的故障电流的电流峰值和持续时间可调性差，不灵活。
发明内容
为解决现有技术中：(1)换流阀实验中产生的故障电流对电力系统的冲击性问题，(2)电力系统为容纳故障电流而需要高短路容量问题，(3)电力系统提供的故障电流的电流峰值和持续时间可调性差、不灵活的问题。本发明提供一种可进行单波次、多波次试品换阀故障电流实验的装置，本方案在故障电流产生时与电力系统断开连接，并且利用调整补能回路的电压和谐振回路参数，实现故障电流峰值和持续时间调整，具体方案如下：一种直流输电换流阀故障电流实验检测装置，包括高压小电流回路和低压大电流回路，其特征在于，所述实验检测装置包括故障电流回路，所述故障电路回路包括谐振回路，所述高压小电流回路、低压大电流回路和故障电流回路分别与试品换流阀Vt串接。
本发明的另一优选方式：所述谐振回路在试品换流阀Vt与电力系统之间安装有开关.
本发明的另一优选方式：所述高压小电流回路包括高压回路、电容C、电感L1、隔离阀V21和隔离阀V22；所述高压回路、电感L1和试品换流阀Vt依次串接，所述电容C一端接在电感L1与高压回路之间，另一端接在试品换流阀Vt和高压回路之间，所述隔离阀V21、隔离阀V22并联后串接在电感L1和试品换流阀Vt之间；所述低压大电流回路包括隔离阀V41和6脉动整流桥，所述隔离阀V41、6脉动整流桥和试品换流阀Vt依次串接组成回路。
本发明的另一优选方式：所述故障电流回路包括分别与试品隔离阀Vt串接的相同谐振回路A、谐振回路B和谐振回路C。
本发明的另一优选方式：所述谐振回路A由补能回路、开关S1、电感Lr1、隔离阀V61、试品隔离阀Vt和电容C3依次串接构成；所述谐振回路B由补能回路、开关S2、电感Lr2、隔离阀V62、试品隔离阀Vt和电容C4依次串接构成；所述谐振回路C由补能回路、开关S3、电感Lr3、隔离阀V63、试品隔离阀Vt和电容C5依次串接构成。
本发明首先通过高压回路和大电流回路的6脉冲整流桥利用电流加热原理对试品换流阀进行加热，以达到IEC标准60700-1的故障电流试验运行前的试验要求，即，使试品换流阀或者试品换流阀组件运行达到最大持续运行晶闸管结温，而后由故障电流回路提供所需的故障电流进行实验，本方案避免了ABB，西门子试验方案中，需要6脉冲整流桥所接电力系统提供故障电流，而采用单独的电路产生故障电流，防止了对电力系统的短路冲击。本方案由多个同样的、独立谐振电路组成，通过开关控制，对试品换流阀进行多波次故障试验，增大试验装置的安全性，并且采用一组电抗器配置，降低了试验装置的体积以及造价，利用调整补能回路的电压实现故障电流峰值和持续时间的灵活性、可调性。
附图说明
图1本发明电路连接原理图
图2本发明单次谐振回路示意图
图3本发明单波次故障电流试验触发时序图
图4本发明多波次故障电流试验触发时序图
具体实施方式
如图1所示，本方案主要包括高压小电流回路，低压大电流回路和故障电流回路三部分，其中各回路中的高压、低压、大电流、小电流标准全部与IEC的60700-1中的标准一致。故障电流回路包括多个谐振回路，各谐振回路与高压小电流回路和低压大电流回路与试品换流阀Vt串接，由谐振回路单独提供故障电流，可以降低试验装置容量，试品换流阀Vt需要的电压、电流分别用高压小电流回路，低压大电流回路构成，比一个试验装置提供电压、电流总容量要小，独立的故障电流回路可降低对系统的冲击。
故障电流回路连接在试品换流阀与电力系统之间，包括谐振回路A、谐振回路B和谐振回路C，其中补能回路、开关S1、电感Lr1、隔离阀V61、试品换流阀Vt和电容C3依次串接组成谐振电路A；补能回路、开关S2、电感Lr2、隔离阀V62、试品换流阀Vt和电容C4依次串接组成谐振电路B；补能回路、开关S3、电感Lr3、隔离阀V63、试品换流阀Vt和电容C5依次串接组成谐振电路C.补能回路用于对电容C3、电容C4和电容C5充电，调整补能回路的电压可以改变电容C3、电容C4和电容C5的放电电压，进而改变实验所需的故障电流峰值，通过改变谐振回路的参数可以改变故障电流的持续时间.
低压大电流回路包括隔离阀V41和6脉动整流桥，其中隔离阀V41、6脉动整流桥和试品换流阀Vt依次串接组成回路。
高压小电流回路包括高压回路、电容C、电感L1、隔离阀V21和隔离阀V22，其电路连接为：高压回路、电感L1、试品换流阀Vt依次串接，电容C一端连接在电感L1与高压回路之间，另一端连接在试品换流阀Vt和高压回路之间，隔离阀V21、隔离阀V22并联后串接在电感L1和试品换流阀Vt之间。高压回路对电容C进行补能，高压回路补能电压大于故障电流中补能回路的电压，而且高压回路的电压可以视实验情况及试品换流阀Vt的情况进行调整。
本方案具体工作过程如下：
首先对试品换流阀Vt加热进行稳态试验，以达到IEC标准60700-1的故障电流试验运行前的试验要求(使换流阀或者换流阀组件运行达到最大持续运行晶闸管结温)。首先触发低压大电流回路中的隔离阀V41启动大电流回路，使试品换流阀Vt上通过电流，然后触发隔离阀V21/V22接通高压小电流回路，使试品换流阀Vt承受正反向跳变电压，直至稳定，使试品换流阀Vt上电流值达到5000A，电压值在试品换流阀Vt为5个晶闸管级时达到14kV，试品换流阀Vt为6个晶闸管级时达到16kV，运行至稳态最大结温后，开始进行故障电流试验。进行故障电流试验之前用补能回路将C3、电容C4和C5均冲压至合适电压，根据试验要求的故障电流持续时间和峰值的不同，电容C上电压不同(电容C充电电压范围为0-4kV)，然后断开开关S1、开关S2和开关S3，从而避免对系统的冲击，并保证充电时间。
如图1、2所示，触发隔离阀V61，电感Lr1与电容C3构成谐振回路，电容C3通过电感Lr1、隔离阀V61、试品换流阀Vt放电，产生一个故障正弦半波电流，这个正弦半波电流即为单波次故障电流，也就是试验试品换流阀Vt所需的故障电流，以上完成一次单波次的故障电流实验。
如图3所示，单波次故障电流的换流阀触发时序，首先触发隔离阀V61，故障电流回路电感Lr1和电容C3谐振形成一个正弦半波电流通过试品换流阀Vt；然后触发隔离阀V21，使电容C和电感L1构成一个谐振回路，从而使电容C上的电压反向；然后触发隔离阀V22，使电容C上电压加在试品换流阀Vt上，之后控制高压补能回路将电容C上电压从负变为正向电压，同时触发隔离阀V21使正向电压可以加在试品换流阀Vt上，与实际工程中换流阀承受的正向电压峰值相同。由于实际工况中在单次波故障后换流阀上承受的电压波形为从反向电压上升为正向电压，触发隔离阀V21和隔离阀V22是为了使试品换流阀Vt上的电压与实际一致。
根据试验要求的故障电流持续时间和峰值的不同，故障电流部分的补能回路电压具有连续可调性，通过调节补能回路加在电容C3上的充电电压来调节正弦半波电流幅值，通过调节谐振回路参数，调节谐振回路的半波振荡周期，在试品换流阀Vt上通过的电流过零时刻，触发隔离阀V22，将高压回路的负向高电压施加在试品换流阀Vt上，在高压补能回路将电容C上电压从负变为正向电压，同时触发隔离阀V21，将正向高压加与试品换流阀Vt上。
如图4所示，多波次故障电流试验第一波次同单次波故障电流试验一样，电容C3充电，断开开关S1，触发隔离阀V61对试品换流阀Vt通过第一个故障电流波形，在C3充电的同时，电容C4、电容C5均一同充电至4KV电压，开关S2、开关S3同开关S1一同断开，依次触发隔离阀V62、隔离阀V63对试品换流阀Vt上通过第二个、第三个故障电流，在第一个故障电流波次和第二个故障电流波次后的注入高压回路半波正弦电流，在电流过零后，触发隔离阀V22，使电容反向电压完全加于试品换流阀Vt上，然后通过高压回路补能电路将电容C电压反向，可完成三周波故障电流试验.因为在测试过程中电容C3、电容C4和电容C5充电完成后，就断开开关S1、开关S2和开关S3与电力系统隔离，因此试验产生的故障电流不会对电力系统产生影响，解决了电力系统需要高容量，易冲击的问题.
多波次故障电流的各隔离阀触发时序如下，首先触发隔离阀V61，故障电流回路电感Lr1和电容C3谐振形成一个正弦半波电流通过试品换流阀Vt，然后触发隔离阀V21，使电容C和电感L1构成一个谐振回路，从而使电容C上的电压反向；然后触发隔离阀V22，使电容C上的电压加在试品换流阀上，与实际工程中换流阀上承受的反向电压波形相同(实际工程多次波故障电流在每个波次后试品换流阀上均承受负向电压，第三个波次后换流阀上不再承受电压)，然后通过高压回路补能电路将电容C电压变为正向高压。然后重复第一个波次过程，依次触发隔离阀V62、隔离阀V63，使电感Lr2和电容C4以及电容Lr3和电容C5构成的谐振回路形成的故障电流波形依次加在试品换流阀Vt上，但第三个波次高压回路不再注入电流，即电容C电流不再反向不触发隔离阀V21。
Claims (5)
1.一种直流输电换流阀故障电流实验检测装置，包括高压小电流回路和低压大电流回路，其特征在于，所述实验检测装置包括故障电流回路，所述故障电路回路包括谐振回路，所述高压小电流回路、低压大电流回路和故障电流回路分别与试品换流阀Vt串接。
2.如权利要求1所述的实验检测装置，其特征在于：所述谐振回路在试品换流阀Vt与电力系统之间安装有开关。
3.如权利要求2所述的实验检测装置，其特征在于：所述高压小电流回路包括高压回路、电容C、电感L1、隔离阀V21和隔离阀V22；所述高压回路、电感L1和试品换流阀Vt依次串接，所述电容C一端接在电感L1与高压回路之间，另一端接在试品换流阀Vt和高压回路之间，所述隔离阀V21、隔离阀V22并联后串接在电感L1和试品换流阀Vt之间；
所述低压大电流回路包括隔离阀V41和6脉动整流桥，所述隔离阀V41、6脉动整流桥和试品换流阀Vt依次串接组成回路。
4.如权利要求3所述的实验检测装置，其特征在于，所述谐振回路包括相同且独立的谐振回路A、谐振回路B和谐振回路C。
5.如权利要求4所述的实验检测装置，其特征在于，所述谐振回路A由补能回路、开关S1、电感Lr1、隔离阀V61、试品隔离阀Vt和电容C3依次串接构成；
所述谐振回路B由补能回路、开关S2、电感Lr2、隔离阀V62、试品隔离阀Vt和电容C4依次串接构成；
所述谐振回路C由补能回路、开关S3、电感Lr3、隔离阀V63、试品隔离阀Vt和电容C5依次串接构成。
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