CN107179497B - 柔性直流换流阀和直流断路器的合成试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性直流换流阀和直流断路器的合成试验装置，所述装置包括：稳态试验电路、短路电流试验电路、额定电流耐受试验电路、直流断路器试品阀和柔性直流换流阀试品阀；所述稳态试验电路与所述柔性直流换流阀试品阀连接；所述短路电流试验电路通过开关K1与直流断路器试品阀或柔性直流换流阀试品阀连接；所述额定电流耐受试验电路通过开关K4与直流断路器试品阀连接。本发明提供的技术方案利用同样的试验装置同时实现了柔性直流换流阀和直流断路器的运行试验，提高了试验装置利用率。
Description
技术领域
本发明涉及高电压试验技术，具体涉及一种柔性直流换流阀和直流断路器的合成试验装置及试验方法。
背景技术
基于柔性直流输电的多端直流输电系统和直流电网技术作为新一代的直流输电技术，因具有有功无功独立调节、孤岛供电、大幅减少或无过滤要求、使用可再生能源发电间歇性、随机性等优点，成为解决大规模可再生能源高效输电的最有效的技术手段。柔性直流换流阀和直流断路器是柔性直流输电系统中的核心装备。柔性直流换流阀运行工况复杂，电压电流应力高，已经成为影响整个系统运行安全性的关键因素之一。直流断路器在运行过程中是否能够成功分断短路电流是系统运行安全可靠的重要保障，因此，对其进行一套完整的试验检测，以确保投运后的安全性和可靠性显得尤其重要。
现有的试验设备对装备的考核属于分项考核，包括长期稳态运行试验，短路电流试验等，没有完全等效装备在长期运行过程中遇到故障态的工况。
为克服上述缺陷，本发明提出了一种柔性直流换流阀和直流断路器的合成试验装置及试验方法，可以模拟柔性直流换流阀和直流断路器在长期运行过程中出现短路故障的工况，对装备的考核更具有等效性。
发明内容
本发明提供一种柔性直流换流阀和直流断路器的合成试验装置，所述装置包括：稳态试验电路、短路电流试验电路、额定电流耐受试验电路、直流断路器试品阀和柔性直流换流阀试品阀；
所述稳态试验电路与所述柔性直流换流阀试品阀连接；
所述短路电流试验电路通过开关K1与直流断路器试品阀或柔性直流换流阀试品阀连接；
额定电流耐受试验电路通过开关K4与直流断路器试品连接；。
所述短路电流试验电路包括：电容器C1和C2、电抗器L1、L2、隔离阀V1、V2和V3、充电电源VS2、续流二极管D、开关K1、K2、K5、K6。
所述额定电流耐受试验电路包括：串联的开关K4和大电流源VS3。
所述电抗器L1的一端与隔离阀V1的阳极连接，所述隔离阀V1的阴极分别与开关K5的一端、续流二极管D的阳极、电容器C1的一端连接；
所述开关K5的另一端、续流二极管D的阴极分别与充电电源VS2的一端连接；
所述电容器C1的另一端接地；
所述电抗器L2的一端与反向并联的隔离阀V2和V3的一端连接；
反向并联的隔离阀V2和V3的另一端分别与开关K6的一端、电容器C2的一端连接；
所述开关K6的另一端与充电电源VS2一端连接；
电容器C2的另一端与开关K2的连接；
所述电抗器L1的另一端和电抗器L2的另一端分别与所述开关K1连接；
所述开关K4的一端与所述断路器试品阀的一端连接；所述断路器试品阀的另一端与充电电源VS2的另一端连接；
所述开关K4的另一端与所述大电流源VS3的一端连接，所述大电流源VS3的另一端与充电电源VS2的另一端连接。
所述稳压试验电路包括：直流电压源VS1、并联的辅助阀Ap和辅助阀Bp，并联的辅助阀An和开关K3。
所述直流电压源VS1正极与开关K3一端连接，所述开关K3另一端分别与辅助阀Ap的一端和辅助阀Bp的一端连接；
所述辅助阀Ap的另一端分别于辅助阀An的一端和所述柔性直流换流阀试品阀的一端连接；
所述辅助阀Bp的另一端分别与并联的与辅助阀An的一端和所述柔性直流换流阀试品阀的一端连接；
所述辅助阀An的另一端分别与直流电压源VS1负极和充电电源VS2的另一端连接；
所述柔性直流换流阀试品阀分别与直流电压源VS1负极和充电电源VS2的另一端连接。
所述开关K1和K2为单刀双掷开关；
所述开关K1的连接点1与所述柔性直流换流阀试品阀Bn一端连接，开关K1的连接点2与所述断路器试品阀的一端连接；
开关K2的连接点3与充电电源VS2另一端连接，开关K2的连接点4与电容器C1的一端连接。
所述柔性直流换流阀和直流断路器合成试验装置的试验方法，该法包括柔性直流阀稳态试验方法；
柔性直流阀短路电流试验方法；
直流断路器短路电流试验方法；
直流断路器额定电流耐受试验方法。
所述柔性直流阀稳态试验方法包括：
将所述开关K1与其连接点1连接；
开关K2与其连接点3连接；
闭合开关K3，给稳态试验装置中的辅助阀Ap、Bp和An以及柔性直流换流阀试品阀充电，触发辅助阀和柔性直流换流阀试品阀，使柔性直流换流阀试品阀上承受等效实际运行工况的交直流叠加电流和阶梯电压，稳态试验持续两个小时。
其特征在于，所述柔性直流阀短路电流试验方法包括：
所述柔性直流阀稳态试验结束前，闭合开关K5和K6，充电电源VS2分别给电容器C1和C2充电，电容器C1和C2充电至试验电压，然后断开K5和K6；
所述柔性直流阀稳态试验结束前，柔性直流换流阀试品阀中各器件仍保持运行状态，触发隔离阀V1，同时闭锁直流电压源VS1以及柔性直流换流阀试品阀和辅助阀中的IGBT，5ms后持续触发隔离阀V2和V3至140ms，使柔性直流换流阀试品承受稳态运行时的短路电流应力；
断开开关K1和K3，柔性直流换流阀短路电流试验结束。
所述直流断路器短路电流试验方法包括：
将开关K1与其连接点2相连，试验对象为直流断路器；
开关K2与其连接点4相连，电容器C1和C2串联；
将隔离阀V3的阴极与隔离阀V2的阳极连接，隔离阀V2的阴极与隔离阀V1的阳极连接；
闭合开关K6，给串联电容器C1和C2充电至试验电压，然后断开开关K6；
触发全部隔离阀，直流断路器流过短路试验电流，当电流达到峰值时，分断直流断路器，直流断路器短路电流试验结束。
所述直流断路器短路电流试验方法包括：
断开开关K1，闭合开关K4，直流断路器试品阀与大电流源VS3串联，直流断路器流过大直流电流，试验时间为2个小时，断开开关K4，直流断路器额定电流耐受试验结束。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
本发明通过合理的等效，将柔性直流换流阀在长期运行情况下的短路工况利用试验装置等效复现，提高了试验等效性，并利用同样的试验装置同时实现了柔性直流换流阀和直流断路器的运行试验，提高了试验装置利用率。
附图说明
图1为本发明一种柔性直流换流阀和直流断路器的合成试验装置的电路图；
图2为本发明柔性直流换流阀稳态试验波形图；
图3为本发明柔性直流换流阀短路电流试验波形图；
图4为本发明直流断流器试验时隔离阀接线电路图。
具体实施方式
下面结合附图底本发明做进一步详细的的说明。
如图1所示为本发明一种合成试验装置的电路图，所述合成试验装置包括：稳态试验电路、短路电流试验电路和额定电流耐受试验电路；
所述短路电流试验电路包括：
电容器C1和C2、电抗器L1、L2、隔离阀V1、反向并联的隔离阀V2和V3、充电电源VS2、续流二极管D、开关K1、K2、K5和K6，
所述电抗器L1的一端与隔离阀V1的阳极连接，隔离阀V1的阴极分别与开关K5的一端、续流二极管D的阳极、电容器C1的一端连接；
所述开关K5的另一端、续流二极管D的阴极分别与充电电源VS2的一端连接；
所述电容器C1的另一端接地；
所述电抗器L2的一端与反向并联的隔离阀V2和V3的一端连接；
反向并联的隔离阀V2和V3的另一端分别与开关K6的一端、电容器C2的一端连接；
所述开关K6的另一端与充电电源VS2一端连接；
电容器C2的另一端与开关K2的连接；
所述电抗器L1的另一端和电抗器L2的另一端分别与所述开关K1连接；
所述直流断路器额定电流耐受试验电路包括：断路器试品阀、大电流源VS3、开关K4；
所述开关K4的一端与断路器试品阀的一端连接；所述断路器试品阀的另一端与充电电源VS2的另一端连接；
所述述开关K4的另一端与所述大电流源VS3的一端连接，所述大电流源VS3的另一端与充电电源VS2的另一端连接。
所述稳压试验电路包括：直流电压源VS1、并联的辅助阀Ap和辅助阀Bp，并联的辅助阀An和柔性直流换流阀试品阀Bn、开关K3；
所述直流电压源VS1正极与开关K3一端连接，所述开关K3另一端分别与辅助阀Ap的一端和辅助阀Bp的一端连接；
所述辅助阀Ap的另一端分别于辅助阀An的一端和柔性直流换流阀试品阀Bn的一端连接；
所述辅助阀Bp的另一端分别与并联的与辅助阀An的一端和柔性直流换流阀试品阀Bn的一端连接；
所述辅助阀An的另一端分别与直流电压源VS1负极和充电电源VS2的另一端连接；
所述柔性直流换流阀试品阀Bn分别与直流电压源VS1负极和充电电源VS2的另一端连接。
所述开关K1和K2为单刀双掷开关；
所述开关K1的连接点1与柔性直流换流阀试品阀Bn一端连接，开关K1的连接点2与断路器试品阀的一端连接；
开关K2的连接点3与充电电源VS2另一端连接，开关K2的连接点4与电容器C1的一端连接。
一种所述合成试验装置的试验方法，试验前，所述合成试验装置中的所有开关均处于断开状态；
所述合成试验装置的试验方法包括
柔性直流阀稳态试验方法；
柔性直流阀短路电流试验方法；
直流断路器短路电流试验方法；
直流断路器额定电流耐受试验方法。。
所述柔性直流阀稳态试验方法包括：
将开关K1与其连接点1连接，试验对象为柔性直流换流阀试品；
开关K2与其连接点3连接，电容器分成C1和C2两组；
闭合开关K3，给柔性直流换流阀稳态试验装置中的辅助阀Ap、Bp和An以及柔性直流换流阀试品阀Bn充电，触发辅助阀和柔性直流换流阀试品阀，通过控制试验触发时序，使柔性直流换流阀试品阀上承受等效实际运行工况的交直流叠加电流和阶梯电压，波形如图2所示，稳态试验持续两个小时。
所述柔性直流阀短路电流试验方法包括：
所述柔性直流阀稳态试验结束前，闭合开关K5、K6，充电电源VS2分别给电容器C1和C2充电，给电容器C1和C2充电至试验电压，断开充电开关K5、K6；
稳态试验结束前，柔性直流换流阀试品阀中各器件仍保持运行状态，触发隔离阀V1，同时闭锁直流电压源VS1，以及柔性直流换流阀试品阀和辅助阀中的IGBT，5ms后持续触发隔离阀V2和V3至140ms，使柔性直流换流阀试品承受稳态运行时遇到的短路电流应力，试验波形如图3所示；
断开开关K1和K3，柔性直流换流阀试验结束。
所述直流断路器短路电流试验方法包括：
将开关K1与其连接点2相连，试验对象为直流断路器；
开关K2与其连接点4相连，电容器C1和C2串联；
将隔离阀V1、V2、V3按断路器试验方式接线，如图4所示，即隔离阀V3的阴极与隔离阀V2的阳极连接，隔离阀V2的阴极与隔离阀V1的阳极连接；
闭合开关K6，给串联电容器C1和C2充电至试验电压，然后断开开关K6；
触发全部隔离阀，直流断路器流过短路试验电流，当电流达到峰值时，分断直流断路器，直流断路器短路电流试验结束；
所述直流断路器额定电流耐受试验方法包括：
断开K1，闭合K4，直流断路器试品阀与大电流源VS3串联，直流断路器流过大直流电流，试验时间为2个小时，断开开关K4，直流断路器额定电流耐受试验结束。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (3)
1.一种柔性直流换流阀和直流断路器的合成试验装置，其特征在于，所述装置包括：稳态试验电路、短路电流试验电路、额定电流耐受试验电路、直流断路器试品阀和柔性直流换流阀试品阀；
所述稳态试验电路与所述柔性直流换流阀试品阀连接；
所述短路电流试验电路通过开关K1与直流断路器试品阀或柔性直流换流阀试品阀连接；
所述额定电流耐受试验电路通过开关K4与直流断路器试品阀连接；
所述短路电流试验电路包括：电容器C1和C2、电抗器L1、L2、隔离阀V1、V2和V3、充电电源VS2、续流二极管D、开关K1、K2、K5、K6；
所述电抗器L1的一端与隔离阀V1的阳极连接，所述隔离阀V1的阴极分别与开关K5的一端、续流二极管D的阳极、电容器C1的一端连接；
所述开关K5的另一端、续流二极管D的阴极分别与充电电源VS2的一端连接；
所述电容器C1的另一端接地；
所述电抗器L2的一端与反向并联的隔离阀V2和V3的一端连接；
反向并联的隔离阀V2和V3的另一端分别与开关K6的一端、电容器C2的一端连接；
所述开关K6的另一端与充电电源VS2一端连接；
电容器C2的另一端与开关K2的连接；
所述电抗器L1的另一端和电抗器L2的另一端分别与所述开关K1连接；
所述额定电流耐受试验电路包括：串联的开关K4和大电流源VS3；
所述开关K4的一端与所述断路器试品阀的一端连接；所述断路器试品阀的另一端与充电电源VS2的另一端连接；
所述开关K4的另一端与所述大电流源VS3的一端连接，所述大电流源VS3的另一端与充电电源VS2的另一端连接；
所述稳态试验电路包括： 直流电压源VS1、并联的辅助阀Ap和辅助阀Bp，并联的辅助阀An和开关K3；
所述直流电压源VS1正极与开关K3一端连接，所述开关K3另一端分别与辅助阀Ap的一端和辅助阀Bp的一端连接；
所述辅助阀Ap的另一端分别与辅助阀An的一端和所述柔性直流换流阀试品阀的一端连接；
所述辅助阀Bp的另一端分别与并联的与辅助阀An的一端和所述柔性直流换流阀试品阀的一端连接；
所述辅助阀An的另一端分别与直流电压源VS1负极和充电电源VS2的另一端连接；
所述柔性直流换流阀试品阀分别与直流电压源VS1负极和充电电源VS2的另一端连接。
2.如权利要求1所述的合成试验装置，其特征在于，所述开关K1和K2为单刀双掷开关；
所述开关K1的连接点1与所述柔性直流换流阀试品阀Bn一端连接，开关K1的连接点2与所述断路器试品阀的一端连接；
开关K2的连接点3与充电电源VS2另一端连接，开关K2的连接点4与电容器C1的一端连接。
3.如权利要求1-2任一所述柔性直流换流阀和直流断路器合成试验装置的试验方法，其特征在于，该方法包括柔性直流阀稳态试验方法；
柔性直流阀短路电流试验方法；
直流断路器短路电流试验方法；
直流断路器额定电流耐受试验方法；
所述柔性直流阀稳态试验方法包括：
将所述开关K1与其连接点1连接；
开关K2与其连接点3连接；
闭合开关K3，给稳态试验装置中的辅助阀Ap、Bp和An以及柔性直流换流阀试品阀充电，触发辅助阀和柔性直流换流阀试品阀，使柔性直流换流阀试品阀上承受等效实际运行工况的交直流叠加电流和阶梯电压，稳态试验持续两个小时；
所述柔性直流阀短路电流试验方法包括：
所述柔性直流阀稳态试验结束前，闭合开关K5和K6，充电电源VS2分别给电容器C1和C2充电，电容器C1和C2充电至试验电压，然后断开K5和K6；
所述柔性直流阀稳态试验结束前，柔性直流换流阀试品阀中各器件仍保持运行状态，触发隔离阀V1，同时闭锁直流电压源VS1以及柔性直流换流阀试品阀和辅助阀中的IGBT，5ms后持续触发隔离阀V2和V3至140ms，使柔性直流换流阀试品承受稳态运行时的短路电流应力；
断开开关K1和K3，柔性直流换流阀短路电流试验结束；
所述直流断路器短路电流试验方法包括：
将开关K1与其连接点2相连，试验对象为直流断路器；
开关K2与其连接点4相连，电容器C1和C2串联；
将隔离阀V3的阴极与隔离阀V2的阳极连接，隔离阀V2的阴极与隔离阀V1的阳极连接；
闭合开关K6，给串联电容器C1和C2充电至试验电压，然后断开开关K6；
触发全部隔离阀，直流断路器流过短路试验电流，当电流达到峰值时，分断直流断路器，直流断路器短路电流试验结束；
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