CN105716812A - 一种用于换流阀模块抗震性能的试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于换流阀模块抗震性能的试验装置及其试验方法，本发明用于实现换流阀模块在不施加高电压和大电流的条件下模拟与现场运行工况相近的震动工况。试验方法包括：试品换流阀模块支撑方法选择、震动源参数计算、试品换流阀模块震动点选取方法。通过本发明提供的方法可以在不必施加高电压和大电流的条件下模拟换流阀模块运行时的震动工况，为研究换流阀门极板等元件的抗震特性提供极大的便利。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流输电领域的试验装置及试验方法。具体讲涉及一种用于换流阀模块抗震性能的试验装置及其试验方法。
背景技术
换流阀是直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制，换流阀由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件，它决定了换流阀的通流能力，通过将多个晶闸管元件串联可得到希望的系统电压。晶闸管的触发方式分为电触发和光触发，ABB和西门子、阿海珐分别是其中的代表。
换流阀工作的稳定性和可靠性对直流输电系统正常运行起着极为重要的作用。换流阀正常运行中，由于会通过几千安培的大电流，换流阀上电抗器等元件会因此产生持续的震动。这种长期的机械震动会对换流阀阻尼回路和门极板等原件运行产生影响。
传统的HVDC换流阀抗震分析主要采用Ansys有限元软件进行计算模拟分析。由于换流阀体积庞大，如果进行整体震动试验则对震动设备要求很高，所以对软件计算模拟得出的分析结果通常采用换流阀元件独立震动的方法来推断验证。这种试验方法缺点在于由于试验对象为换流阀模块的分立元件，而不是完整的换流阀模块，所以不能全面验证换流阀模块各个元件在同样震动条件下的运行性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于换流阀模块抗震性能的试验装置及其试验方法，通过该方法可以在不必施加高电压和大电流的条件下模拟换流阀模块运行时的震动工况，为研究换流阀门极板等元件的抗震特性提供极大的便利。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种用于换流阀模块抗震性能的试验装置，其改进之处在于，所述装置包括隔离变压器、调压器、同步板、示波器、阀基电子设备VBE和换流阀模块；所述隔离变压器、调压器和换流阀模块通过电缆依次连接；所述示波器和同步板均连接在调压器和换流阀模块之间的电缆上；所述阀基电子设备VBE通过光纤与同步板连接；所述阀基电子设备VBE通过通信线与报文界面连接；所述振动泵设置于换流阀模块的底端。
进一步地，所述换流阀模块包括晶闸管触发监测单元TTM、晶闸管级和饱和电抗器；所述饱和电抗器对称设置在晶闸管级的两端；所述晶闸管级与晶闸管触发监测单元TTM连接。
进一步地，所述晶闸管级包括阻尼回路；所述阻尼回路由串联的阻尼电容和阻尼电阻构成。
进一步地，在所述换流阀模块与调压器之间的零线上设有负载电阻。
进一步地，所述隔离变压器和调压器用于为换流阀模块充电，模拟换流阀带电运行工况；所述振动泵用于模拟阀运行中的振动工况；所述同步板、电子阀及设备VBE和报文界面用于模拟现场二次运行的直流输电系统监视和触发功能。
本发明还提供一种用于换流阀模块抗震性能的试验装置的试验方法，其改进之处在于，所述方法包括下述内容：①选择试品换流阀模块支撑方式、②计算震动源参数和③选取试品换流阀模块震动点。
进一步地，所述①中，选择试品换流阀模块支撑方式包括：震动试验中换流阀模块根据不同试验目的采用悬吊支撑或地面支撑的两种不同支撑方式；当进行晶闸管触发监测单元TTM二次设备抗震特性时，采用地面支撑的方式；对换流阀模块槽梁抗共震刚性研究时，采用悬吊支撑方式。
进一步地，所述②中，震动源参数包括震动功率和震动频率；所述震动功率和震动频率均依据直流输电的换流阀不同运行工况下实际测量的震动幅度和频率特性经验值并结合不同换流阀模块质量和尺寸参数进行机械力等效来得出；
将震动力和震动频率可调的震动源固定在换流阀模块上并将模块悬吊起来提高震动效率；震动源选取震动力和震动频率可调的离心电机。
进一步地，所述③中，根据换流阀模块中元件与重心距离以及对震动力大小需求的不同确定试品换流阀模块震动点；所述震动点的选取依据试验目的的不同进行选取，包括验证门极盒对门极板的机械固定效果，将震动源固定在阀模块两端电抗器位置，与实际运行大电流通过换流阀模块两端电抗器产生震动相符合。震动力由两端向换流阀模块中部传播。这种固定点震动力不大但频率变化快，适合验证门极板等小元件的抗震性。对换流阀槽梁等支撑件支撑力试验时，震动源一般选取阀模块中点位置。具体震动力效率需根据阀模块框架配重分布通过机械仿真软件得出。
与最接近现有技术相比，本发明具有的优异效果是：
1)本发明提供的用于换流阀模块抗震性能的试验装置及其试验方法，在不必施加高电压和大电流的条件下实现模拟换流阀运行时的震动工况。
2)实现对换流阀模块的整体震动工况模拟，避免元件分立震动试验的局限性，为研究换流阀门极板等元件的抗震特性提供极大的便利。
3)本发明提供的技术方案可以全面检测换流阀模块各个元件在同样震动条件下的运行性能。
附图说明
图1是本发明提供的用于换流阀模块抗震性能的试验装置的结构原理图。
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的详细说明。
本发明提供的用于换流阀模块抗震性能的试验装置的结构原理图如图1所示，试验装置包括隔离变压器、调压器、同步板、示波器、阀基电子设备VBE和换流阀模块；所述隔离变压器、调压器和换流阀模块通过电缆依次连接；所述示波器和同步板均连接在调压器和换流阀模块之间的电缆上；所述阀基电子设备VBE通过光纤与同步板连接；所述阀基电子设备VBE通过通信线与报文界面连接；所述振动泵设置于换流阀模块的底端。
所述换流阀模块包括晶闸管触发监测单元TTM、晶闸管级和饱和电抗器；所述饱和电抗器对称设置在晶闸管级的两端；所述晶闸管级与晶闸管触发监测单元TTM连接。所述晶闸管级包括阻尼回路；所述阻尼回路由串联的阻尼电容和阻尼电阻构成。在所述换流阀模块与调压器之间的零线上设有负载电阻。隔离变压器和调压器用于为换流阀模块充电，模拟换流阀带电运行工况；所述振动泵用于模拟阀运行中的振动工况；所述同步板、电子阀及设备VBE和报文界面用于模拟现场二次运行的直流输电系统监视和触发功能。
本发明还提供一种用于换流阀模块抗震性能的试验装置的试验方法，根据以往HVDC工程经验，阀塔各部件震动主要为50Hz的频率及其倍频成分，并且阀塔在变流过程中产生非线性震动。本发明提供的试验方法用于实现换流阀模块在不施加高电压和大电流的条件下模拟与现场运行工况相近的震动工况。本发明提供的试验方法包括：试品换流阀模块支撑方法选择、震动源参数计算、试品换流阀模块震动点选取方法等几部分内容。
不同的换流阀模块抗震性研究内容，需要换流阀模块处于不同的震动幅度和震动频率工况中。依据换流阀模块在实际工程运行中的震动特性，本发明提供的试验方法提出了震动试验中换流阀模块应根据不同试验目的采用悬吊支撑或地面支撑的两种不同支撑方式。根据不同的试验内容选择不同的支撑方式。例如研究触发与监测单元等二次设备抗震特性时，对阀模块震动幅度要求不高，对频率可调性要求高，且需要连接示波器等设备，适合采用地面支撑的方式。对换流阀模块槽梁抗共震刚性研究时对震动力要求高，需采用悬吊的支撑方式。
本发明提供的试验方法提出了对震动源的选择方式。与传统震动试验中所采用的将试品放置在震动平台上不同，本方法提出将震动力和震动频率可调的震动源固定在换流阀模块上并将模块悬吊起来的方法来提高震动效率。震动源选取震动力和频率可调的离心电机。对悬吊和地面支撑的阀模块可以达到理想的震动效果。
本发明提供的试验方法同时提出了对震动源在试品换流阀模块上固定点的选取方法。换流阀模块均为对称结构设计，实际运行中电抗器、阻尼电容为主要的换流阀震动元件。经过试验验证，震动试验中，震动源固定在换流阀模式不同位置对整体震动效果影响很大。震动源靠近换流阀模块重心时，震动力频率不变，震动力成波浪形发散传播。根据试验研究内容不同，需根据元件与重心距离和对震动力大小需求的不同来综合确定震动源固定点。例如：验证门极盒对门极板的机械固定效果，将震动源固定在阀模块两端电抗器位置，与实际运行大电流通过换流阀模块两端电抗器产生震动相符合。震动力由两端向换流阀模块中部传播。这种固定点震动力不大但频率变化快，适合验证门极板等小元件的抗震性。对换流阀槽梁等支撑件支撑力试验时，震动源一般选取阀模块中点位置。具体震动力效率需根据阀模块框架配重分布通过机械仿真软件得出。
本发明已经成功应用于A5000型换流阀研发中。实践证明，采用该试验方法后，可以更加直观和有效的对换流阀模块及分立元件的抗震性能进行研究，避免了元件分立震动试验的局限性。例如，在研究TTM板光收发器抗震性时，用隔离变压器和调压器用于为阀充电，模拟换流阀带电运行工况；震动功率40W的震动泵固定在距电抗器一定距离处，用于模拟阀运行中的振动工况，同步电路板、VBE和报文界面用于模拟现场二次运行的系统监视和触发功能。通过这种方法用示波器观察光收发器电信号波形，全面验证了光收发器连接的可靠性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于换流阀模块抗震性能的试验装置，其特征在于，所述装置包括隔离变压器、调压器、同步板、示波器、阀基电子设备VBE和换流阀模块；所述隔离变压器、调压器和换流阀模块通过电缆依次连接；所述示波器和同步板均连接在调压器和换流阀模块之间的电缆上；所述阀基电子设备VBE通过光纤与同步板连接；所述阀基电子设备VBE通过通信线与报文界面连接；所述振动泵设置于换流阀模块的底端。
2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述换流阀模块包括晶闸管触发监测单元TTM、晶闸管级和饱和电抗器；所述饱和电抗器对称设置在晶闸管级的两端；所述晶闸管级与晶闸管触发监测单元TTM连接。
3.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述晶闸管级包括阻尼回路；所述阻尼回路由串联的阻尼电容和阻尼电阻构成。
4.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，在所述换流阀模块与调压器之间的零线上设有负载电阻。
5.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述隔离变压器和调压器用于为换流阀模块充电，模拟换流阀带电运行工况；所述振动泵用于模拟阀运行中的振动工况；所述同步板、电子阀及设备VBE和报文界面用于模拟现场二次运行的直流输电系统监视和触发功能。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的用于换流阀模块抗震性能的试验装置的试验方法，其特征在于，所述方法包括下述内容：①选择试品换流阀模块支撑方式、②计算震动源参数和③选取试品换流阀模块震动点。
7.如权利要求6所述的试验方法，其特征在于，所述①中，选择试品换流阀模块支撑方式包括：震动试验中换流阀模块根据不同试验目的采用悬吊支撑或地面支撑的两种不同支撑方式；当进行晶闸管触发监测单元TTM二次设备抗震特性时，采用地面支撑的方式；对换流阀模块槽梁抗共震刚性研究时，采用悬吊支撑方式。
8.如权利要求6所述的试验方法，其特征在于，所述②中，震动源参数包括震动功率和震动频率；所述震动功率和震动频率均依据直流输电的换流阀不同运行工况下实际测量的震动幅度和频率特性经验值并结合不同换流阀模块质量和尺寸参数进行机械力等效来得出；
将震动力和震动频率可调的震动源固定在换流阀模块上并将模块悬吊起来提高震动效率；震动源选取震动力和震动频率可调的离心电机。
9.如权利要求6所述的试验方法，其特征在于，所述③中，根据换流阀模块中元件与重心距离以及对震动力大小需求的不同确定试品换流阀模块震动点；所述震动点的选取依据试验目的的不同进行选取，包括验证门极盒对门极板的机械固定效果，将震动源固定在阀模块两端电抗器位置，与实际运行大电流通过换流阀模块两端电抗器产生震动相符合。
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