CN102486515A - 一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，该方法通过整流电流源为试品阀Vt提供故障电流前的加热电流，利用直流电流源短路电流与附加电源的放电电流相复合的方式为试品阀Vt提供故障电流。本发明提供的技术方案充分利用了加热电流源的短路电流，减小了附加故障电流源最大输出电流设计值，提高了试验电路的利用效率，节省成本，可以实现故障电流的较大范围的调节，能够满足常规高压直流工程和特高压直流工程换流阀故障电流试验要求，通用性好。

Description

一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法

技术领域

本发明属于电力系统输电领域，具体讲涉及一种直流换流阀试验方法，尤其涉及一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法。

背景技术

高压直流输电技术作为一种高效的输电途径，越来越广泛的应用于电力系统中，并显著地改变输电网的结构、改善电网的性能。随着高压直流输电系统电压及输送容量的提高，其关键设备——直流换流阀的可靠性变得尤为重要，特别是其承受故障态下的各种极端电流、电压、热应力的能力。检验并改善换流阀可靠性的必要手段就是对其进行型式试验。在换流阀型式试验中，故障电流试验的主要目的是考核阀承受短路电流引起的最大电流、电压和温度应力作用的能力。主要包括以下两种试验：

a)后继闭锁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)无后继闭锁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。

目前ABB公司、西门子公司普遍采用合成方法来进行直流换流阀运行试验：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，试验装置利用率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，充分利用加热电流源的短路电流，减小附加故障电流源最大输出电流设计值，提高试验电路的利用效率，节省成本，可以实现故障电流的较大范围的调节，能够满足常规高压直流工程和特高压直流工程换流阀故障电流试验要求，通用性好。

一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，其改进之处在于：

所述方法用的试验装置包括故障电流源、高电压源、直流电流源和试品阀Vt；所述故障电流源中的辅助阀Vosi与试品阀Vt串联；所述直流电流源中的辅助阀V41串联试品阀Vt组成6脉动桥整流器B6的桥臂；所述高电压源中的反并联的正向辅助阀V21和反向辅助阀V22与试品阀Vt串联；所述试品阀Vt接地。

本发明提供的一种优选技术方案：所述故障电流源包括交流电压源T3、全波整流桥B4、依次并联的储能电容器Cr1、Cr2和Cr3、依次并联的辅助阀Vs1、Vs2、Vs3和Vosi、电抗器Lr、依次并联的开关S1、S2和S3、调压器T4以及电阻R；所述交流电压源T3输出给全波整流器B4；全桥整流器B4的输出给储能电容器Cr1、Cr2和Cr3，储能电容器Cr1、Cr2和Cr3分别通过Vs1、Vs2和Vs3与电抗器Lr串联后再连接辅助阀Vosi；所述依次并联的开关S1、S2和S3，依次并联的辅助阀Vs1、Vs2和Vs3与依次并联的储能电容器Cr1、Cr2和Cr3依次串联后再与电阻R串联；所述电阻R与全桥整流器B4串联；所述调压器T4和交流电压源T3并联。

本发明提供的第二种优选技术方案：所述高电压源包括直流电压源T1、辅助阀Vs、V1、V21和V22，电容器C0和C、电抗器L3、L2和L1；所述直流电压源T1正极接辅助阀Vs阳极；辅助阀Vs并联电容器C0和电抗器L3；所述电抗器L3、辅助阀V1和电抗器L2依次串联；电抗器L2、电容器C和电抗器L1并联；所述电抗器L1与反并联的正向辅助阀V21和反向辅助阀V22串联；所述直流电压源T1、电容器C0和C接地。

本发明提供的第三种优选技术方案：所述直流电流提供单元包括大电流变压器T2、6脉动桥整流器B6、电抗器L、辅助阀V41、限流电抗器、断路器、隔离开关和10kv母线；所述大电流变压器T2输出给6脉动桥整流器B6，所述辅助阀V41串联试品阀Vt组成6脉动桥整流器B6的桥臂；6脉动桥整流器B6的输出接电抗器L；所述大电流变压器T2、限流电抗器、断路器、隔离开关和10kv母线依次串接；所述6脉动桥整流器包括6个Thy阀。

本发明提供的第四种优选技术方案：所述方法包括下述步骤：

A、产生高电压施加于所述的试品阀Vt上；

B、为所述试品阀Vt恒流加热产生所需节温；

C、产生短路电流，该短路电流流经所述试品阀Vt组成试品阀短路电流的一部分；

D、向试品阀Vt施加附加电流，该附加电流与步骤C中的短路电流相叠加组成试品阀Vt的故障电流。

本发明提供的第五种优选技术方案：所述步骤A中，所述直流电压源T1通过与所述辅助阀Vs、V1、V21、V22的触发逻辑时序配合，在所述C0、C、L1、L2、L3组成的不同振荡回路的振荡配合下，产生高电压施加于所述试品阀Vt上；

所述步骤B中，在施加故障电流前，所述的大电流变压器T2通过6脉动桥整流器B6和辅助阀V41的配合为所述试品阀Vt恒流加热产生所需节温；

所述步骤C中，开始施加故障电流，所述大电流变压器T2控制6脉动桥整流器B6的一个桥臂短路，并产生所述6脉动桥整流器B6的短路电流，该短路电流流经所述试品阀Vt组成试品阀短路电流的一部分；

所述步骤D中，所述交流电压源T3通过整流控制给所述储能电容器Cr1、Cr2、Cr3充电，储能电容器Cr1、Cr2、Cr3和电抗器Lr通过辅助阀Vosi的开通向试品阀Vt施加附加电流，该附加电流与步骤C中的6脉动桥整流器短路电流相叠加组成试品阀Vt的故障电流。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果在于：

本发明提供的一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，通过一系列辅助阀的触发配合，将加热电流、故障大电流和高电压压顺序施加于被试直流输电换流阀，使被试换流阀耐受同实际故障工况相当的暂态电流、热、电压应力，从而实现对被试阀故障运行工况的试验考核；本发明提供的方法的突出特点是不再用单一的故障电流源给试品阀提供故障电流，而是将加热电流源的短路电流与附加的故障电流源输出电流相叠加而形成的复合电流做为试品阀的故障电流，充分利用了加热电流源的现有短路电流输出能力，可以在加热电流源的短路容量和附加故障电流源最大输出电流之间进行优化设计，实现成本最优化，节省投资；此外附加电流源采用电容器充放电模式，通过调节器充电电压来改变其输出电流值，以实现故障电流的灵活可调，可以满足不同电压等级直流输电工程换流阀试验需要，增强设备适用性。

附图说明

图1是高压直流输电换流阀故障电流复合试验装置原理图；

图2是后继闭锁的单波次故障电流试验波形图；

图3是无后继闭锁的多波次故障电流试验波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1是高压直流输电换流阀故障电流复合试验装置原理图，该试验装置包括故障电流提供源、高电压源、直流电流源和试品阀Vt，故障电流源中的辅助阀Vosi与试品阀Vt串联；直流电流源中的辅助阀V41串联试品阀Vt组成6脉动桥整流器B6的桥臂；高电压源中的反并联的正向辅助阀V21和反向辅助阀V22与试品阀Vt串联；试品阀Vt接地。

故障电流源包括交流电压源T3、全波整流桥B4、储能电容器Cr1、Cr2和Cr3、辅助阀Vs1、Vs2、Vs3和Vosi、电抗器Lr、开关S1、S2和S3、调压器T4以及电阻R；交流电压源T3输出给全波整流器B4；全桥整流器B4的输出给储能电容器Cr1、Cr2和Cr3，储能电容器Cr1、Cr2和Cr3分别通过Vs1、Vs2和Vs3与电抗器Lr串联后再连接辅助阀Vosi；开关S1、S2和S3、辅助阀Vs1、Vs2、Vs3、储能电容器Cr1、Cr2和Cr3依次串联后再与电阻R串联；电阻R与全桥整流器B4串联；调压器T4和交流电压源T3并联。

高电压源包括直流电压源T1、辅助阀Vs、V1、V21和V22，电容器C0和C、电抗器L3、L2和L1，直流电压源T1正极接辅助阀Vs阳极；辅助阀Vs并联电容器C0和电抗器L3，电抗器L3、辅助阀V1和电抗器L2依次串联；电抗器L2、电容器C和电抗器L1并联；电抗器L1与反并联的正向辅助阀V21和反向辅助阀V22串联；直流电压源T1、电容器C0和C接地；

直流电流源包括大电流变压器T2、6脉动桥整流器B6、电抗器L、辅助阀V41、限流电抗器、断路器、隔离开关和10kv母线；大电流变压器T2输出给6脉动桥整流器B6；6脉动桥整流器B6的输出接电抗器L；大电流变压器T2、限流电抗器、断路器、隔离开关和10kv母线依次串接。

本发明提供的一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，由以下步骤实现：

A、直流电压源T1通过与辅助阀Vs、V1、V21、V22的触发逻辑时序配合，在C0、C、L1、L2、L3组成的不同振荡回路的振荡配合下，产生高电压施加于试品阀Vt上；

B、在施加故障电流前，大电流变压器T2通过6脉动桥整流器和辅助阀V41的配合向试品阀Vt提供恒流加热产生所需节温；

C、开始施加故障电流后，大电流变压器T2通过控制使6脉动桥整流器B6的一个桥臂短路，并产生6脉动桥整流器B6的短路电流，该短路电流流经试品阀Vt组成试品阀短路电流的一部分；

D、交流电压源T3通过整流控制给储能电容器Cr1、Cr2、Cr3充电，储能电容器Cr1、Cr2、Cr3和电抗器Lr通过辅助阀Vosi的开通向试品阀Vt施加附加电流，该附加电流与步骤C中的6脉动桥整流器短路电流相叠加组成试品阀Vt的故障电流。

整个试验通过高电压源和直流电流源的配合控制，可以实现直流输电换流阀后继闭锁的单波次故障电流试验和无后继闭锁的多波次故障电流试验。

图2给出了后继闭锁的单波次故障电流试验波形，在3.175时刻附加电流和短路电流达到峰值，两个电流相叠加组成试品阀Vt的故障电流；附加电流达到9KA，短路电流达到18KA，两个电流相叠加组成的故障电流达到27KA。

单波次故障电流的试验步骤如下：

1)高电压源、直流电流源和故障电流源，根据所设置试验所需值，高电压源产生试验所需的高电压，直流电流源产生试验所需直流电流，故障电流源的充电电容器Cr1充电至试验所需电压；

2)各个电源输出值达到试验所需值时，解锁辅助阀V21和V22，试品阀Vt承受高电压；

3)解锁辅助阀V41，试品阀Vt导通期间将引入直流电流；

4)开通直流电流源的6脉动整流器中的阀Thy，使6脉动整流器桥臂短路故障，试品阀Vt中将流过来自直流电流源的部分电流；同时开通故障电流源中的辅助阀Vs1，引入故障电流源中的部分电流，两部分电流叠加组成试品阀Vt的故障电流；

5)故障电流过零后，高电压源给试品阀Vt施加反向和正向高压；

6)试验过程结束，退出试验。

图3给出了无后继闭锁的多波次故障电流试验波形，在第一个波次内，在3.048时刻附加电流和短路电流达到峰值，两个电流相叠加组成试品阀Vt的故障电流；其中附加电流达到13KA，短路电流达到38KA，两个电流相叠加组成的故障电流达到47KA。

多波次故障电流试验步骤如下：

1)高电压源、直流电流源和故障电流源启动，根据所设置试验所需值，高电压源产生试验所需的高电压，直流电流源产生试验所需直流电流，故障电流源的充电电容器Cr1、Cr2、Cr3充电至试验所需值；

2)各个电源输出值达到试验所需值后，解锁辅助阀V21和V22，试品阀Vt承受高电压；

3)解锁辅助阀V41，试品阀Vt导通期间将引入直流电流；

4)开通直流电流源中6脉动整流器中的阀Thy，使6脉动整流器桥臂短路故障，试品阀Vt中将流过来自直流电流源的部分电流，同时依次开通故障电流源中的辅助阀Vs1、Vs2、Vs3，引入故障电流源中的部分电流，使两部分电流叠加组成试品阀Vt的故障电流；

5)试验过程结束，退出试验。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (6)

1.一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，其特征在于，所述方法用的试验装置包括故障电流源、高电压源、直流电流源和试品阀Vt；所述故障电流源中的辅助阀Vosi与试品阀Vt串联；所述直流电流源中的辅助阀V41串联试品阀Vt组成6脉动桥整流器B6的桥臂；所述高电压源中的反并联的正向辅助阀V21和反向辅助阀V22与试品阀Vt串联；所述试品阀Vt接地。

2.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，其特征在于，所述故障电流源包括交流电压源T3、全波整流桥B4、依次并联的储能电容器Cr1、Cr2和Cr3、依次并联的辅助阀Vs1、Vs2、Vs3和Vosi、电抗器Lr、依次并联的开关S1、S2和S3、调压器T4以及电阻R；所述交流电压源T3输出给全波整流器B4；全桥整流器B4的输出给储能电容器Cr1、Cr2和Cr3，储能电容器Cr1、Cr2和Cr3分别通过Vs1、Vs2和Vs3与电抗器Lr串联后再连接辅助阀Vosi；所述依次并联的开关S1、S2和S3，依次并联的辅助阀Vs1、Vs2和Vs3与依次并联的储能电容器Cr1、Cr2和Cr3依次串联后再与电阻R串联；所述电阻R与全桥整流器B4串联；所述调压器T4和交流电压源T3并联。

3.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，其特征在于，所述高电压源包括直流电压源T1、辅助阀Vs、V1、V21和V22，电容器C0和C、电抗器L3、L2和L1；所述直流电压源T1正极接辅助阀Vs阳极；辅助阀Vs并联电容器C0和电抗器L3；所述电抗器L3、辅助阀V1和电抗器L2依次串联；电抗器L2、电容器C和电抗器L1并联；所述电抗器L1与反并联的正向辅助阀V21和反向辅助阀V22串联；所述直流电压源T1、电容器C0和C接地。

4.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，其特征在于，所述直流电流源包括大电流变压器T2、6脉动桥整流器B6、电抗器L、辅助阀V41、限流电抗器、断路器、隔离开关和10kv母线；所述大电流变压器T2输出给6脉动桥整流器B6；6脉动桥整流器B6的输出接电抗器L；所述大电流变压器T2、限流电抗器、断路器、隔离开关和10kv母线依次串接；所述6脉动桥整流器包括6个Thy阀。

5.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、产生高电压施加于所述的试品阀Vt上；

B、为所述试品阀Vt恒流加热产生所需节温；

C、产生短路电流，该短路电流流经所述试品阀Vt组成试品阀短路电流的一部分；

D、向试品阀Vt施加附加电流，该附加电流与步骤C中的短路电流相叠加组成试品阀Vt的故障电流。

6.如权利要求5所述的一种高压直流输电换流阀故障电流复合试验方法，其特征在于，所述步骤A中，所述直流电压源T1通过与所述辅助阀Vs、V1、V21、V22的触发逻辑时序配合，在所述C0、C、L1、L2、L3组成的不同振荡回路的振荡配合下，产生高电压施加于所述试品阀Vt上；

所述步骤B中，在施加故障电流前，所述的大电流变压器T2通过6脉动桥整流器B6和辅助阀V41的配合为所述试品阀Vt恒流加热产生所需节温；

所述步骤C中，开始施加故障电流，所述大电流变压器T2控制6脉动桥整流器B6的一个桥臂短路，并产生所述6脉动桥整流器B6的短路电流，该短路电流流经所述试品阀Vt组成试品阀短路电流的一部分；

所述步骤D中，所述交流电压源T3通过整流控制给所述储能电容器Cr1、Cr2、Cr3充电，储能电容器Cr1、Cr2、Cr3和电抗器Lr通过辅助阀Vosi的开通向试品阀Vt施加附加电流，该附加电流与步骤C中的6脉动桥整流器短路电流相叠加组成试品阀Vt的故障电流。

Images