CN101937059B - 一种换流阀运行试验单波次故障电流试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流阀运行试验单波次故障电流试验装置及试验方法，该装置包括发电机回路，所述发电机回路由短路发电机、断路器、电抗器L、电阻以及升压变压器原边依次串接而成；所述升压变压器的副边并联有被测换流阀，所述升压变压器副边的低电位端接地；所述被测换流阀还连接有电流源和电压源，且被测换流阀分别与所述电流源和电压源的输出端连接形成回路。本发明作为检查直流输电系统中关键设备换流阀的装置，其不但结构简单容易实现，而且可以精确检测换流阀的试验波形，为提高换流阀性能提供可靠的试验数据，并且本发明适用于各种用于与大功率晶闸管器件串联的换流阀的试验，为换流阀的自主研发提供了有力保障。

Description

一种换流阀运行试验单波次故障电流试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于电力输电系统的高压直流输电晶闸管阀技术领域，涉及一种故障电流试验方法，尤其是一种高压直流输电晶闸管阀运行试验单波次故障电流试验方法。

背景技术

随着电力系统发展的需要，我国的高压直流输电工程发展很快，直流输电工程换流站的核心就是由大功率晶闸管器件串联的换流阀，该设备的质量直接影响输变电系统的可靠性，其造价一般占到工程总投资的25％左右。换流阀设备需要实现国产化，具备试验手段是自主研发的重要保证。

换流阀运行试验回路用于考核换流阀在恶劣工况下的运行性能，技术比较复杂，它相当于一个换流站的功能，在某些方面比换流站还要特殊。换流阀运行试验项目主要包括周期性触发、关断试验和阀的故障电流试验两大部分，其中阀的故障电流试验分为单波次故障电流试验和多波次故障电流试验两个试验项目。在直流换流站运行工况时，有可能发生由于换流阀的绝缘破坏而发生闪络或阀组的晶闸管失去阻断能力的情况，虽然这些现象极少发生，但是一旦出现后果会极为严重，阀故障电流试验项目就是再现一个桥臂突然发生短路故障后，电流经过换流阀一个周期再导通或三个周期不导通的短路故障情况。

发明内容

本发明的目的在于通过此项试验检测直流输电用换流阀的性能是否达到国标要求，提供一种换流阀运行试验单波次故障电流试验装置及试验方法，本发明采用冲击短路发电机系统提供故障试验电流和恢复电压，从而使其能够实现单波次阀故障电流试验的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

该种换流阀运行试验单波次故障电流试验装置，包括发电机回路，所述发电机回路由短路发电机、断路器、电抗器L、电阻以及升压变压器原边依次串接而成；所述升压变压器的副边并联有被测换流阀，所述升压变压器副边的低电位端接地；所述被测换流阀还连接有电流源和电压源，且被测换流阀分别与所述电流源和电压源的输出端连接形成回路。

基于以上所述的换流阀运行试验单波次故障电流试验装置，本发明还提供一种换流阀运行试验单波次故障电流试验方法，具体包括以下步骤：

1)首先同时启动电压源和电流源，使电压源与电流源的输出施加到被测换流阀上，对其进行预热；

2)启动短路发电机，使断路器合闸，短路发电机根据升压变压器变比整定短路发电机的电压参数，并且根据以下公式整定发电机电流参数：

I＝u/(z+ωL)，

上式中u是整定的发电机电压，Z是升压变压器原边侧总阻抗，ω＝50，L是升压变压器原边侧总电感；

3)对被测换流阀预热10分钟，在第7分钟时短路发电机开始励磁升压；

4)当第10分钟预热结束，且短路发电机输出电压稳定后，使电压源和电流源急停，此时被测换流阀处于阻断状态；

5)在电压过零点使被测换流阀导通，产生短路电流；

6)使被测换流阀导通17.8ms的一个周波，发电机回路提供被测换流阀(Vt)2.2ms时长的反向恢复电压，然后被测换流阀恢复阻断状态，短路发电机系统继续提供两个周波的交流电压；

7)若试验波形未达到标准要求，需重新调整回路参数按以上步骤重新进行试验至试验波形达到标准，完成试验。

本发明具有以下有益效果：

本发明作为检查直流输电系统中关键设备换流阀的装置，其不但结构简单容易实现，而且可以精确检测换流阀的试验波形，为提高换流阀性能提供可靠的试验数据，并且本发明适用于各种用于与大功率晶闸管器件串联的换流阀的试验，为换流阀的自主研发提供了有力保障。

附图说明

图1为本发明的电气结构图。单波次故障电流试验回路由短路发电机系统、被测换流阀(Vt)和电流源完成；

图2为本发明的电流源电路图；

图3为本发明的电压源电路图；

图4为本发明单波次故障电流试验的试验波形示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，本发明的换流阀运行试验单波次故障电流试验装置，包括一发电机回路，该发电机回路由短路发电机G、断路器K1、电抗器L、电阻R以及升压变压器T原边依次串接而成；升压变压器T的副边并联有被测换流阀Vt，升压变压器T副边的低电位端接地；被测换流阀Vt还连接有电流源和电压源，且被测换流阀Vt分别与所述电流源和电压源的输出端连接形成回路。在本发明较佳实施例中，试验装置采用的短路发电机是非标定制的高容量发电机，其经过14kV/21kV的升压变压器，提供被测换流阀Vt 21kV、36kA的高容量短路电流(试验参数根据被测换流阀不同会有所调整)。

以下对上述本发明涉及的电流源和电压源做详细介绍：

电流源

如图2所示，本发明涉及的电流源包括两套6脉波整流桥支路，每套6脉波整流桥支路包括换流变压器T1/T2、六脉波整流桥B1/B2、隔离阀Va1/Va6、平波电抗器L1/L2及直流母线；两套6脉波整流桥支路中的换流变压器T1/T2的输入端分别连接至高压配电网上，两台换流变压器T1/T2的输出端分别连接至两个六脉波整流桥B1/B2的输入端；两个六脉波整流桥B1/B2输出高电位端通过直流母线直接相连，两六脉波整流桥B1/B2的低电位端分别与两个平波电抗器L1/L2串联汇于一点后连接到两六脉波整流桥B1/B2的高电位端；每套所述6脉波整流桥支路中的隔离阀Va1/Va6与被测换流阀Vt串联后分别作为相应六脉波整流桥B1/B2的一个桥臂。

两套6脉波整流桥支路中的隔离阀Va1和Va6的输出端相互连接后通过直流母线连接到被测换流阀Vt的输入端，被测换流阀Vt的输出端连接至两个平波电抗器L1和L2汇流节点后再连接至六脉波整流桥B1/B2的输出端的高电位上。在该电流源中使用的换流变压器T1/T2是Y/Y型换流变压器。

电压源

如图3所示，本发明涉及的电压源包括有载调压变压器T3、六脉波整流桥B、振荡用电容组Cs、充电电容器组C_L、换相电感L4、反向充电电抗器L5、充电电抗器L3以及第一至四辅助阀Va2～Va5，所述有载调压变压器T3的输出端与六脉波整流桥B的输入端连接，所述六脉波整流桥B的输出端与充电电容器组C_L和充电电抗器L3连接形成回路；所述充电电容器组C_L还与所述第一辅助阀Va2、反向充电电抗器L5、振荡用电容组Cs依次连接形成回路；所述第四辅助阀Va5的一端连接于第一辅助阀Va2和反向充电电抗器L5之间，另一端连接于振荡用电容组Cs和充电电容器组C_L之间；所述振荡用电容组Cs还与第二辅助阀Va3、换相电感L4和被测换流阀Vt依次连接构成回路；所述第二辅助阀Va3还与第三辅助阀Va4连接构成回路。另外该电压源在被测换流阀、充电电容器均并联有通频带高电压传感器，在所述通频带高电压传感器与六脉波整流桥B之间设置有双数字式负反馈控制回路。

基于以上所述的换流阀运行试验单波次故障电流试验装置，本发明提出一种换流阀运行试验单波次故障电流试验方法，具体包括以下步骤：

1)首先同时启动电压源和电流源，使电压源与电流源的输出施加到被测换流阀Vt上，对其进行预热；

2)启动短路发电机G，使断路器K1合闸，短路发电机G根据升压变压器T变比整定短路发电机G的电压参数，并且根据以下公式整定发电机电流参数：

I＝u/(z+ωL)，

上式中u是整定的发电机电压，Z是升压变压器T原边侧总阻抗，ω＝50，L是升压变压器T原边侧总电感；

3)对被测换流阀Vt预热10分钟，在第7分钟时短路发电机G开始励磁升压；

4)当第10分钟预热结束，且短路发电机G输出电压稳定后，使电压源和电流源急停，此时被测换流阀Vt处于阻断状态；

5)在电压过零点使被测换流阀Vt导通，产生短路电流；

6)使被测换流阀Vt导通17.8ms(根据不同被测换流阀此参数可调)的一个周波，发电机回路提供被测换流阀Vt 2.2ms时长的反向恢复电压，然后被测换流阀Vt恢复阻断状态，短路发电机G系统继续提供两个周波的交流电压；

7)记录试验波形如图4所示，分别记录被测换流阀Vt上的电流和电压随时间的波形图，若试验波形未达到标准要求，需重新调整回路参数按以上步骤重新进行试验至试验波形达到标准，完成试验。

综上所述，本发明的试验方法是在每个工频周期内，采用电压源提供直流高电压、电流源提供直流大电流，模拟工程运行时作用在晶闸管阀上的负荷进行为期10分钟的阀组预热。预热结束前三分钟发电机系统测控室控制短路发电机励磁升压，升压稳定后发给合成回路电流源“短路允许信号”(14kV下短路发电机持压不能超过3分钟)预热结束时电压源、电流源紧急停机，20ms内封闭电流源脉冲。然后由发电机回路进行对被测换流阀的试验。最后得到如图4的被测换流阀的试验波形图。

Claims (3)

1.一种换流阀运行试验单波次故障电流试验装置，其特征在于，包括发电机回路，所述发电机回路由短路发电机（G）、断路器（K1）、电抗器（L）、电阻（R）以及升压变压器（T）原边依次串接而成；所述升压变压器（T）的副边并联有被测换流阀（Vt），所述升压变压器（T）副边的低电位端接地；所述被测换流阀（Vt）还连接有电流源和电压源，且被测换流阀（Vt）分别与所述电流源和电压源的输出端连接形成回路；

所述电流源包括两套6脉波整流桥支路，每套6脉波整流桥支路包括换流变压器T1、T2、六脉波整流桥B1、B2、隔离阀Va1、Va6、平波电抗器L1、L2及直流母线；两套6脉波整流桥支路中的换流变压器T1、T2的输入端分别连接至高压配电网上，两台换流变压器T1、T2的输出端分别连接至两个六脉波整流桥B1、B2的输入端；两个六脉波整流桥B1、B2输出高电位端通过直流母线直接相连，两六脉波整流桥B1、B2的低电位端分别与两个平波电抗器L1、L2串联汇于一点后连接到两六脉波整流桥B1、B2的高电位端；每套所述6脉波整流桥支路中的隔离阀Va1、Va6与被测换流阀Vt串联后分别作为相应六脉波整流桥B1、B2的一个桥臂；

两套6脉波整流桥支路中的隔离阀Va1和Va6的输出端相互连接后通过直流母线连接到被测换流阀Vt的输入端，被测换流阀Vt的输出端连接至两个平波电抗器L1和L2汇流节点后再连接至六脉波整流桥B1、B2的输出端的高电位上；

所述电压源包括有载调压变压器T3、六脉波整流桥B、振荡用电容组Cs、充电电容器组C_L、换相电感L4、反向充电电抗器L5、充电电抗器L3以及第一至四辅助阀Va2~Va5，所述有载调压变压器T3的输出端与六脉波整流桥B的输入端连接，所述六脉波整流桥B的输出端与充电电容器组C_L和充电电抗器L3连接形成回路；所述充电电容器组C_L还与所述第一辅助阀Va2、反向充电电抗器L5、振荡用电容组Cs依次连接形成回路；所述第四辅助阀Va5的一端连接于第一辅助阀Va2和反向充电电抗器L5之间，另一端连接于振荡用电容组Cs和充电电容器组C_L之间；所述振荡用电容组Cs还与第二辅助阀Va3、换相电感L4和被测换流阀Vt依次连接构成回路；所述第二辅助阀Va3还与第三辅助阀Va4连接构成回路。另外该电压源在被测换流阀、充电电容器组C_L均并联有通频带高电压传感器，在所述通频带高电压传感器与六脉波整流桥B之间设置有双数字式负反馈控制回路。

2.一种基于权利要求1所述装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先同时启动电压源和电流源，使电压源与电流源的输出施加到被测换流阀(Vt)上，对其进行预热；

2)启动短路发电机（G），使断路器（K1）合闸，整定短路发电机（G）的参数；

3)对被测换流阀(Vt)预热10分钟，在第7分钟时短路发电机（G）开始励磁升压；

4)当第10分钟预热结束，且短路发电机（G）输出电压稳定后，使电压源和电流源急停，此时被测换流阀(Vt)处于阻断状态；

5)在电压过零点使被测换流阀(Vt)导通，产生短路电流；

6)使被测换流阀(Vt)导通17.8ms的一个周波，发电机回路提供被测换流阀(Vt)2.2ms时长的反向恢复电压，然后被测换流阀(Vt)恢复阻断状态，短路发电机（G）系统继续提供两个周波的交流电压；

7)若试验波形未达到标准要求，需重新调整回路参数按以上步骤重新进行试验至试验波形达到标准，完成试验。

3.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于，步骤2）中，整定短路发电机（G）的参数方法为：根据升压变压器（T）变比整定短路发电机（G）的电压参数，并且根据以下公式整定发电机电流参数：

I=u/(z+ωL)，

上式中u是整定的发电机电压，Z是升压变压器（T）原边侧总阻抗，ω=50，L是升压变压器（T）原边侧总电感。

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