CN103675660A - 特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路，包括分别与试品阀Vt并联形成回路的1/3周期直流电流源、振荡电压源、冲击电压发生器和控制脉冲触发装置；还提供基于以上试验回路的试验方法，包括如下步骤，1）设定冲击电压波形的步骤，使冲击电压波形上升时间为100μs(1±30%)；2）建立实验条件的步骤；3）施加冲击电压的步骤；4）在恢复期施加瞬态正向电压的步骤；5）重复步骤1）到4）分别使冲击电压波形在上升时间为10μs(1±30%)和上升时间为1.2μs(1±30%)的条件下，完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验。能够满足恢复期瞬态正向电压试验标准的要求，同步性好，投入时刻理想。

Description

特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路及其试验方法

技术领域

本发明属于高压直流输电用换流阀电气试验技术领域，特别涉及一种特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路及其试验方法。

背景技术

我国的“西电东送”战略要求输电工程具有更大的输电能力和更高的输电效率，实现安全可靠、经济合理的大容量、远距离送电。特高压直流输电是满足这种要求的关键技术之一。直流输电最核心的技术集中于换流站设备，而换流阀又是换流站中的核心设备，因此开展换流阀电气试验技术、试验方法和试验标准的研究工作意义重大。

换流阀试验检测是直流输电系统安全、可靠运行的保证，为此国际上和我国均制定了换流阀试验标准。换流阀型式试验包括绝缘试验和运行试验。

恢复期瞬态正向电压试验是运行试验的一个试验项目，试验验证在最高温度下，阀能够承受周期电流关断后立即施加的暂态正向电压，验证对施加的瞬态正向电压，阀的保护触发水平与du/dt耐受能力。恢复期瞬态正向电压是直流输电系统启停、设备投切及至运行过程中故障情况下可能出现的一种临时工况。在实验室进行恢复期瞬态正向电压试验一般采用合成试验方法，电流源提供直流电流，保证结温，电压源提供正向、负向电压，等效实际工况，脉冲电压发生器产生瞬态正向电压施加于被试品，从而完成试验。目前的问题在于由于信号干扰、点火延迟、以及瞬态正向电压波形的调节和控制无法满足试验要求等因素，导致瞬态正向电压的投入不甚理想，远不能满足该项试验要求，即瞬态正向电压连续施加次数不能少于8次，且5次落在试品阀保护触发区间内，3次落于此区间外，分别完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验，也无法达到试验大纲中还要求区间内外恢复期瞬态正向电压施加点应均匀分布。此外，投入时刻如若偏离较大，甚至会造成试品阀损坏的严重问题。

发明内容

本发明提供一种特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路及其试验方法，能够满足恢复期瞬态正向电压试验标准的要求，同步性好，投入时刻理想。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路，包括分别与试品阀Vt并联形成回路的1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器，以及控制脉冲触发装置；所述的控制脉冲触发装置用于在一个同步控制信号下分别对1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器进行时序投切控制；所述的冲击电压发生器由调压器、充电限流电阻R₁、整流二极管D₁、充电电容C₁、波尾电阻R₂、波头电阻R₃、放电球间隙G₁及负载匹配调波电感L组成；调压器输出侧依次串接充电限流电阻R₁和整流二极管D₁后与充电电容C₁并联；波尾电阻R₂与充电电容C₁并联后依次串接波头电阻R₃、放电球间隙G₁和负载匹配调波电感L，与试品阀Vt并联；负载匹配调波电感L通过隔离开关K₁连接在试品阀Vt的阳极，试品阀Vt的阴极接地设置。

优选的，1/3周期直流电流源由电流源桥和隔离阀Va1组成，电流源桥和隔离阀Va1串联后与试品阀Vt并联。

优选的，振荡电压源由电压充电桥、能量补给阀Va2、电压适配阀Va3/4、电压反转阀Va5、能量存储电容C_L、能量过渡电容C_S组成；电压充电桥与能量存储电容C_L并联；电压反转阀Va5与能量过渡电容C_s并联后串接Va2，与电容器C_L并联；电压反转阀Va5与能量过渡电容C_s并联后串接Va3/4，与试品阀Vt并联。

进一步，电压适配阀Va3/4由反向并联的两个适配阀组成。

本发明基于本发明所述试验回路的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验方法，包括如下步骤，

1）设定冲击电压波形的步骤；通过调整冲击电压发生器中的波尾电阻R₂、波头电阻R₃和负载匹配调波电感L，分别控制冲击电压波形的波尾、波头和冲击电压的负载阻抗，使冲击电压波形上升时间为100μs(1±30%)，并满足标准规定的波形要求；

2）建立实验条件的步骤；通过振荡电压源和1/3周期直流电流源组成的试验回路，为试品阀Vt预热，使试品阀Vt的结温、电压、电流参数稳定至标准中规定的试验需求水平；

3）施加冲击电压的步骤；在步骤2）试品阀Vt预热结束前，闭合隔离开关K1，控制冲击电压发生器充电至能够触发点火状态；在试品阀Vt两端按最小熄弧角γ_min的试验条件施加电压和电流，并运行标准规定的时间后，通过控制脉冲触发装置控制冲击电压发生器放电触发，将冲击电压施加于试品阀Vt上；

4）在恢复期施加瞬态正向电压的步骤；在同一段电流从零到反向恢复期结束的时间中，重复步骤3），使冲击电压的总施加次数不少于8次，且至少5次落在试品阀Vt保护触发区间内，至少3次落在试品阀Vt保护触发区间外，分别完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验；

5）重复步骤1）到4）分别使冲击电压波形在上升时间为10μs(1±30%)和上升时间为1.2μs(1±30%)的条件下，完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验。

优选的，在步骤2）中，通过控制脉冲触发装置的控制，先启动振荡电压源，后启动1/3周期直流电流源，整定参数，建立试验条件，为试品阀Vt预热。

优选的，在步骤3）中，通过控制脉冲触发装置的控制，调节振荡电压源和1/3周期直流电流源，整定电压、电流、振荡时间参数，建立最小熄弧角γ_min的试验条件，并按最小熄弧角γ_min的试验条件在试品阀Vt两端施加电压和电流。

优选的，通过控制脉冲触发装置采集1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器中对应的施加电流、施加电压以及冲击电压的状态信息，根据试验标准制定瞬态正向电压投入时序。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的试验回路，通过控制脉冲触发装置对分别与试品阀并联形成回路的电压源、电流源和冲击电压源进行在同一个同步控制信号下实现控制和投切控制；同时利用冲击电压发生器实现冲击电压的施加和调整，利用设置的波头电阻和波尾电阻调节冲击电压波形的形状和周期，利用负载匹配调波电感使得冲击电压满足相应试品阀的负载阻抗，实现对冲击电压的精确控制，从而在回路同步和冲击波形的准确调整下，有效解决了瞬态正向电压投入时刻偏离问题。

进一步的，通过1/3周期直流电流源和振荡电压源内辅助阀组的对应设置，更好的提供用于结温维持的直流大电流，建立试品阀换向条件、开关损耗发热条件以及试验条件下的电压运行条件，能够在满足控制脉冲触发装置同步控制需求的同时，满足试验标准的要求，提高了对电流源和电压源控制的同步性。

本发明所述的试验方法，试验时施加的电流和电压通过调整1/3周期直流电源和振荡电压源以最小熄弧角γmin条件稳定运行；然后，冲击电压发生器投入，由控制脉冲触发装置完成预定的正向电压施加，即冲击电压的释放；利用可精确调整的波形控制，保证了连续多次投入良好的时间收敛性，通过控制脉冲触发装置的统一控制，保证了投入时刻的稳定，从而有效解决了瞬态正向电压投入的偏离问题。

进一步的，利用控制脉冲触发装置对试验参数的整定，实现对试验条件的同步精确控制，同时采集电压源、电流源和试品阀的状态信息，从而能够根据采集信息和试验要求，准确制定瞬态正向电压投入时序，完成预定正向电压的施加。

附图说明

图1为本发明所述试验回路的结构原理框图。

图2为恢复期瞬态正向电压试验阶段最小熄弧角γmin示波图。

图3为恢复期瞬态正向电压保护区间内投入试验示波图。

图4为恢复期瞬态正向电压保护区间外投入试验示波图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路，如图1所示，其包括分别与试品阀Vt并联形成回路的1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器，以及控制脉冲触发装置；所述的控制脉冲触发装置用于在一个同步控制信号下分别对1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器进行时序投切控制；所述的冲击电压发生器由调压器、充电限流电阻R₁、整流二极管D₁、充电电容C₁、波尾电阻R₂、波头电阻R₃、放电球间隙G₁及负载匹配调波电感L组成；调压器输出侧依次串接充电限流电阻R₁和整流二极管D₁后与充电电容C₁并联；波尾电阻R₂与充电电容C₁并联后依次串接波头电阻R₃、放电球间隙G₁和负载匹配调波电感L，与试品阀Vt并联；负载匹配调波电感L通过隔离开关K₁连接在试品阀Vt的阳极，试品阀Vt的阴极接地设置。

优选的，如图1所示，1/3周期直流电流源由电流源桥和隔离阀Va1组成，电流源桥和隔离阀Va1串联后与试品阀Vt并联。振荡电压源由电压充电桥、能量补给阀Va2、电压适配阀Va3/4、电压反转阀Va5、能量存储电容C_L、能量过渡电容C_S组成；电压充电桥与能量存储电容C_L并联；电压反转阀Va5与能量过渡电容C_s并联后串接Va2，与电容器C_L并联；电压反转阀Va5与能量过渡电容C_s并联后串接Va3/4，与试品阀Vt并联。电压适配阀Va3/4由反向并联的两个适配阀组成。

本发明一种基于以上所述试验回路的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验方法，包括如下步骤，

1）设定冲击电压波形的步骤；通过调整冲击电压发生器中的波尾电阻R₂、波头电阻R₃和负载匹配调波电感L，分别控制冲击电压波形的波尾、波头和冲击电压的负载阻抗，使冲击电压波形上升时间为100μs(1±30%)，并满足标准规定的波形要求。

2）建立实验条件的步骤；通过振荡电压源和1/3周期直流电流源组成的试验回路，为试品阀Vt预热，使试品阀Vt的结温、电压、电流参数稳定至标准中规定的试验需求水平；优选的，通过控制脉冲触发装置的控制，先启动振荡电压源，后启动1/3周期直流电流源，整定参数，建立试验条件，为试品阀Vt预热。

3）施加冲击电压的步骤；在步骤2）试品阀Vt预热结束前，闭合隔离开关K1，控制冲击电压发生器充电至能够触发点火状态；在试品阀Vt两端按最小熄弧角γ_min的试验条件施加电压和电流，并运行标准规定的时间后，通过控制脉冲触发装置控制冲击电压发生器放电触发，将冲击电压施加于试品阀Vt上；优选的，通过控制脉冲触发装置的控制，调节振荡电压源和1/3周期直流电流源，整定电压、电流、振荡时间参数，建立最小熄弧角γ_min的试验条件，并按最小熄弧角γ_min的试验条件在试品阀Vt两端施加电压和电流。

4）在恢复期施加瞬态正向电压的步骤；在同一段电流从零到反向恢复期结束的时间中，重复步骤3），使冲击电压的总施加次数不少于8次，且至少5次落在试品阀Vt保护触发区间内，至少3次落在试品阀Vt保护触发区间外，分别完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验。

5）重复步骤1）到4）分别使冲击电压波形在上升时间为10μs(1±30%)和上升时间为1.2μs(1±30%)的条件下，完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验。

试验中，通过控制脉冲触发装置采集1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器中对应的施加电流、施加电压以及冲击电压的状态信息，根据试验标准制定瞬态正向电压投入时序，实现了控制脉冲触发装置同时进行控制和采集的双向通信，从而将回路之间同步控制以及时序控制的统一。

具体的，标准规定恢复期瞬态正向电压试验应当用三种不同的波形进行：

类型1：上升时间100μs(1±30%)；

类型2：上升时间10μs(1±30%)；

类型3：上升时间1.2μs(1±30%)；

试验时，在电流从零到反向恢复期结束的同一个时段中，应逐一施加每种类型的冲击波形不少于5次；在恢复期结束后，再施加每种类型的3次附加冲击。

以类型1为例，利用本发明所述的试验回路和试验方法进行试验时，施加电压和电流的状态信息如图2-4所示试验步骤如下：

1）设定冲击电压波形的步骤；通过调整冲击电压发生器中的波尾电阻R₂、波头电阻R₃和负载匹配调波电感L，分别控制冲击电压波形的波尾、波头和冲击电压的负载阻抗，满足类型1的要求。

2）建立实验条件的步骤；通过控制脉冲触发装置的控制，先启动振荡电压源，后启动1/3周期直流电流源，整定参数，建立试验条件，为试品阀Vt预热使试品阀Vt的结温、电压、电流参数稳定至标准中规定的试验需求水平。

3）施加冲击电压的步骤；在步骤2）试品阀Vt预热结束前，闭合隔离开关K1，控制冲击电压发生器充电至能够触发点火状态；在试品阀Vt两端按最小熄弧角γ_min的试验条件施加电压和电流，如图2所示，T1～T4为γmin状态下的一个周期：T1时刻1/3周期直流电流源投入，试品阀导通；T2时刻振荡电压源投入，试品阀随后关断；T3时刻电压反向过零点，T2～T3为电流的反向恢复期；在最小熄弧角γ_min的试验条件下运行标准规定的时间后，通过控制脉冲触发装置控制冲击电压发生器放电触发，将冲击电压施加于试品阀Vt上，其中，在试品阀Vt保护区间投入时，冲击电压波形如图3所示，T5～T6为试品阀保护触发应该启动的时间，T5为反向电压建立时刻；T6为冲击电压开始施加时刻；在试品阀Vt保护区间外投入时，冲击电压波形如图4所示，T7～T8为试品阀保护触发不应该启动的时间，T7为反向电压建立时刻；T8为冲击电压开始施加时刻。

4）在恢复期施加瞬态正向电压的步骤；在同一段电流从零到反向恢复期结束的时间中，重复步骤3），使冲击电压的总施加次数不少于8次，且至少5次落在试品阀Vt保护触发区间内，至少3次落在试品阀Vt保护触发区间外，分别完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验。

Claims (8)

1.特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路，其特征在于，包括分别与试品阀Vt并联形成回路的1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器，以及控制脉冲触发装置；所述的控制脉冲触发装置用于在一个同步控制信号下分别对1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器进行时序投切控制；所述的冲击电压发生器由调压器、充电限流电阻R₁、整流二极管D₁、充电电容C₁、波尾电阻R₂、波头电阻R₃、放电球间隙G₁及负载匹配调波电感L组成；调压器输出侧依次串接充电限流电阻R₁和整流二极管D₁后与充电电容C₁并联；波尾电阻R₂与充电电容C₁并联后依次串接波头电阻R₃、放电球间隙G₁和负载匹配调波电感L，与试品阀Vt并联；负载匹配调波电感L通过隔离开关K₁连接在试品阀Vt的阳极，试品阀Vt的阴极接地设置。

2.根据权利要求1所述的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路，其特征在于，所述的1/3周期直流电流源由电流源桥和隔离阀Va1组成，电流源桥和隔离阀Va1串联后与试品阀Vt并联。

3.根据权利要求1所述的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路，其特征在于，所述的振荡电压源由电压充电桥、能量补给阀Va2、电压适配阀Va3/4、电压反转阀Va5、能量存储电容C_L、能量过渡电容C_S组成；电压充电桥与能量存储电容C_L并联；电压反转阀Va5与能量过渡电容C_s并联后串接Va2，与电容器C_L并联；电压反转阀Va5与能量过渡电容C_s并联后串接Va3/4，与试品阀Vt并联。

4.根据权利要求3所述的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验回路，其特征在于，所述的电压适配阀Va3/4由反向并联的两个适配阀组成。

5.基于权利要求1所述试验回路的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验方法，其特征在于，包括如下步骤，

1）设定冲击电压波形的步骤；通过调整冲击电压发生器中的波尾电阻R₂、波头电阻R₃和负载匹配调波电感L，分别控制冲击电压波形的波尾、波头和冲击电压的负载阻抗，使冲击电压波形上升时间为100μs(1±30%)，并满足标准规定的波形要求；

2）建立实验条件的步骤；通过振荡电压源和1/3周期直流电流源组成的试验回路，为试品阀Vt预热，使试品阀Vt的结温、电压、电流参数稳定至标准中规定的试验需求水平；

3）施加冲击电压的步骤；在步骤2）试品阀Vt预热结束前，闭合隔离开关K1，控制冲击电压发生器充电至能够触发点火状态；在试品阀Vt两端按最小熄弧角γ_min的试验条件施加电压和电流，并运行标准规定的时间后，通过控制脉冲触发装置控制冲击电压发生器放电触发，将冲击电压施加于试品阀Vt上；

4）在恢复期施加瞬态正向电压的步骤；在同一段电流从零到反向恢复期结束的时间中，重复步骤3），使冲击电压的总施加次数不少于8次，且至少5次落在试品阀Vt保护触发区间内，至少3次落在试品阀Vt保护触发区间外，分别完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验；

5）重复步骤1）到4）分别使冲击电压波形在上升时间为10μs(1±30%)和上升时间为1.2μs(1±30%)的条件下，完成对试品阀保护水平与du/dt耐受能力的试验。

6.根据权利要求5所述的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验方法，其特征在于，在步骤2）中，通过控制脉冲触发装置的控制，先启动振荡电压源，后启动1/3周期直流电流源，整定参数，建立试验条件，为试品阀Vt预热。

7.根据权利要求5所述的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验方法，其特征在于，在步骤3）中，通过控制脉冲触发装置的控制，调节振荡电压源和1/3周期直流电流源，整定电压、电流、振荡时间参数，建立最小熄弧角γ_min的试验条件，并按最小熄弧角γ_min的试验条件在试品阀Vt两端施加电压和电流。

8.根据权利要求5所述的特高压换流阀恢复期瞬态正向电压试验方法，其特征在于，通过控制脉冲触发装置采集1/3周期直流电流源、振荡电压源和冲击电压发生器中对应的施加电流、施加电压以及冲击电压的状态信息，根据试验标准制定瞬态正向电压投入时序。

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