CN107957536B - 一种直流输电换流阀非周期触发试验同步装置和试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流输电换流阀非周期触发试验同步装置和试验系统，试验系统包括同步装置和换流阀控制系统，同步装置包括用于串设在直流输电换流阀非周期触发试验回路上的两个击穿模块，第二击穿模块两端并联有电阻，当电压达到第一击穿模块的击穿电压时，第一击穿模块击穿，产生的电流通过电阻，当电阻电压达到第二击穿模块的击穿电压时就会产生光信号，换流阀控制系统根据产生的信号对被试换流阀进行相应控制。该同步装置能够满足同步信号获取需要，给后续的换流阀控制系统提供准确的同步信号，从而在准确时刻触发导通被试换流阀，大大提高试验效率和可靠性，有效解决了换流阀非周期触发试验晶闸管触发导通时刻分散不准确的问题。

Description

一种直流输电换流阀非周期触发试验同步装置和试验系统

技术领域

本发明涉及一种直流输电换流阀非周期触发试验同步装置和试验系统，属于直流输电换流阀绝缘型式试验领域，具体属于直流输电换流阀非周期触发试验技术领域。

背景技术

在“西电东送”、“南北互供”和“全国联网”战略计划实施过程中，高压直流输电(HVDC)以其输送距离长、输送容量大、系统稳定性强、调节快速、投资少等优点成为远距离、大容量能量传输的最佳技术方案，随着超高压和特高压直流输电工程建设的快速发展，对直流输电换流阀试验技术的研究和试验装置的研发有着迫切需要。

非周期触发试验是换流阀绝缘型式试验中考核最为苛刻和全面的一项试验，旨在要求直流输电换流阀在规定时刻的操作冲击高压下开通，承受要求的冲击大电流，验证晶闸管及其辅助电路耐受电流和电压能力，以及换流阀控制系统对换流阀的控制功能。如图1所示，在试验时，冲击电压发生器输出电压连接到直流输电换流阀非周期触发试验回路，被试换流阀Vt串设在该试验回路上。此试验最关键的环节是，要求在操作冲击电压的最大值时触发导通换流阀，如果导通时刻不是在操作冲击电压的最大值，达不到最大的电压和电流应力考核，试验也是失败的。这种情况使得获取操作冲击电压最大值时间点是试验的关键环节，而要获取最大值时间点，首要的就是获取准确稳定的同步信号，另外试验环境的高电压和大电流产生电磁干扰，严重影响同步信号的有效获取，在这种特殊情况下，获取有效可靠的同步信号成为了换流阀非周期触发试验的关键点与难点。

现有直流输电换流阀非周期触发试验的同步信号取自于冲击电压发生器本体的第一级点火球隙，如图1所示，也就是说当冲击电压发生器的第一级点火球隙触发点火时，将冲击发生器触发电信号通过电光转换—光纤—光电转换装置，把电信号转换为光信号，利用光纤传输，再将光信号转换成电信号，转换后的电信号就是换流阀非周期触发试验的同步信号。目前这种换流阀非周期触发试验同步信号获取方式存在以下弊端：1、非周期触发试验的同步信号取自于冲击电压发生器本体的第一级点火球隙，在试验过程中，由于试验电压高，至少四五百千伏，且操作冲击容性负载大，冲击电压发生器效率低下，低于40％，需要冲击电压发生器使用级数多，级数多了，本体同步就困难，并且每级球隙击穿受试验环境影响大。好比冲击电压发生器的第一级点火球隙已点火，而某一级或几级没有同步点火，操作冲击电压的产生时刻出现了时延，操作冲击电压的释放跟第一级点火球隙不同步，这样的结果就是无法在操作冲击电压最大值时刻触发导通试品阀，导致非周期触发试验失败。因而这种从冲击电压发生器第一级点火球隙获取同步信号的方式存在较严重的分散性和不准确性，给试验带来了不可控风险；2、目前非周期触发试验的同步信号取自于冲击电压发生器的第一级点火球隙，当第一级球隙点火放电时，冲击发生器点火电信号需电光转换，把电信号转换为光信号，而电光转换装置就在冲击本体控制柜，冲击电压发生器点火时将产生高频电磁干扰，严重干扰电光转换装置工作的稳定性和获取准确同步信号，这样的结果同样导致试验无法在要求时刻触发导通试品阀，同样给试验带来了很大的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，用以解决现有的同步信号获取不准确分散的问题。本发明同时提供一种直流输电换流阀非周期触发试验系统。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。

方案一：本方案提供一种直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，包括用于串设在直流输电换流阀非周期触发试验回路上的第一击穿模块和第二击穿模块，所述第二击穿模块两端并联有电阻，当电压达到第一击穿模块的击穿电压时，第一击穿模块击穿，击穿产生的电流通过所述电阻，当电阻两端的电压达到第二击穿模块的击穿电压时第二击穿模块击穿并产生光信号，该产生的光信号就为试验用的所需的同步信号。

本发明的有益效果是：本发明的直流输电换流阀非周期触发试验同步装置中产生同步信号的原理是：第一击穿模块和被试换流阀串设在同一回路中，通过对第一击穿模块进行相应地调整，使其满足：只要给试验回路施加操作冲击电压，第一击穿模块就会主动击穿，那么，当电压达到第一击穿模块的击穿电压时，第一击穿模块击穿，击穿产生的电流就会通过电阻，当电阻两端的电压达到第二击穿模块的击穿电压时第二击穿模块击穿产生光信号，产生的光信号就为试验所需的同步信号。通过对第一击穿模块和第二击穿模块进行设定，使两者的击穿几乎同时发生，不存在时延，为被试换流阀的触发导通提供所需准确同步信号，因此，该同步信号产生时刻就是给被试换流阀施加操作冲击电压的起始时刻，并且，由于被试换流阀触发导通要求时刻就是操作冲击电压达到最大值的时刻，又由于操作冲击电压达到最大值的时刻比操作冲击电压的起始时刻延迟了波头时间，该波头时间一般为特定值或者特定范围，因此，换流阀控制系统根据该同步信号在延时特定时间后就触发导通被试换流阀。该同步装置能够满足高压直流输电换流阀非周期触发试验的同步信号采集需要，给换流阀控制系统提供准确的同步信号，从而准确可靠触发导通被试换流阀，本发明大大提高了试验效率和可靠性，降低了试验风险程度，有效解决了换流阀非周期触发试验晶闸管触发导通时刻分散不准确的问题。并且，通过采集光信号，能够大大提高检测灵敏度和信号提取准确性。通过并联电阻两端的电压来控制第二击穿模块击穿，不需要额外的触发控制系统，降低了装置成本和复杂性，有利于提高装置可靠性。另外，本发明获取的换流阀非周期触发试验同步信号是光信号，同步信号采集不需要外接电源，彻底消除了试验回路的强电磁干扰，提高了工作稳定性和可靠性。

方案二：在方案一的基础上，所述第二击穿模块为一电极对。

方案三：在方案二的基础上，所述第二击穿模块和电阻布置在一个绝缘密闭盒内，所述绝缘密闭盒内还设置有一个用于接收第二击穿模块击穿时产生的光信号的光信号采集端口。

方案四：在方案三的基础上，所述电极对中的上电极与一压紧弹簧固定设置。

方案五：在方案一或二的基础上，所述第一击穿模块为一铜球对。

方案六：在方案五的基础上，所述同步装置还包括一个固定支架，所述铜球对的上半球通过调节杆固定在所述固定支架上，所述铜球对的下半球通过连接杆固定在所述固定支架上，通过调节杆能够调节上半球和下半球之间的距离。

方案七：在方案一或二的基础上，所述同步装置还包括信号处理模块，第二击穿模块击穿时产生的光信号通过光纤输出给所述信号处理模块，以对光信号进行相应地处理。

方案八：本方案提供一种直流输电换流阀非周期触发试验系统，包括用于产生同步信号的同步装置以及根据所述同步信号输出换流阀触发信号的换流阀控制装置，所述同步装置包括用于串设在直流输电换流阀非周期触发试验回路上的第一击穿模块和第二击穿模块，所述第二击穿模块两端并联有电阻，当电压达到第一击穿模块的击穿电压时，第一击穿模块击穿，击穿产生的电流通过所述电阻，当电阻两端的电压达到第二击穿模块的击穿电压时第二击穿模块击穿并产生光信号，该产生的光信号就为试验所需的同步信号。

方案九：在方案八的基础上，所述第二击穿模块为一电极对。

方案十：在方案九的基础上，所述第二击穿模块和电阻布置在一个绝缘密闭盒内，所述绝缘密闭盒内还设置有一个用于接收第二击穿模块击穿时产生的光信号的光信号采集端口。

方案十一：在方案十的基础上，所述电极对中的上电极与一压紧弹簧固定设置。

方案十二：在方案八或九的基础上，所述第一击穿模块为一铜球对。

方案十三：在方案十二的基础上，所述同步装置还包括一个固定支架，所述铜球对的上半球通过调节杆固定在所述固定支架上，所述铜球对的下半球通过连接杆固定在所述固定支架上，通过调节杆能够调节上半球和下半球之间的距离。

方案十四：在方案八或九的基础上，所述试验系统还包括信号处理模块，第二击穿模块击穿时产生的光信号通过光纤输出给所述信号处理模块，以对光信号进行相应地处理，信号处理模块将处理后的信号输出给换流阀控制装置。

附图说明

图1是现有的同步信号获取方式示意图；

图2是本发明提供的直流输电换流阀非周期触发试验系统的原理示意图；

图3是同步装置的电气原理示意图；

图4是放电铜球对的装配示意图；

图5是电极对的装配示意图；

图6是实际应用试验中电压波形图。

具体实施方式

直流输电换流阀非周期触发试验系统实施例

如图2所示，冲击电压发生器输出电压连接直流输电换流阀非周期触发试验回路，试验回路上串设有被试直流输电换流阀Vt，除此之外，回路中还可能涉及其他的电路结构，由于这些电路结构与本发明的发明点无关，这里就不再具体介绍。

本实施例提供一种直流输电换流阀非周期触发试验系统，用于获取试验所需的同步信号，以及根据得到的同步信号进行换流阀触发控制。因此，如图2所示，试验系统主要包括两部分，分别是同步装置和换流阀控制系统，其中，同步装置用于产生同步信号，换流阀控制系统用于根据同步信号输出换流阀的触发控制信号。进一步地，为了对同步装置输出的同步信号进行优化处理，试验系统还包括信号处理装置。那么，同步装置通过光纤输出连接信号处理装置，信号处理装置输出连接换流阀控制系统，换流阀控制系统控制被试直流输电换流阀Vt。当然，如果换流阀控制系统本身就具有信号处理功能，那么，信号处理装置可以不设置。

由上可知，试验能够成功完成的关键点在于同步信号的准确获取，相应地，试验系统的重点在于同步装置，以下对同步装置进行详细说明。

如图3所示，同步装置包括三部分，分别为第一击穿模块、第二击穿模块和电阻，为了与下文中所涉及到的其他相关附图相照应，图3中，第一击穿模块的标示为2，第二击穿模块的标示为a，电阻为b，那么，第一击穿模块2和第二击穿模块a均串设在直流输电换流阀非周期触发试验回路上，第二击穿模块a与电阻b并联设置。第一击穿模块2的击穿原理是：当接入的电压达到第一击穿模块2的击穿电压时，第一击穿模块2击穿并导通。第二击穿模块a的击穿原理是：当电阻b两端的电压达到第二击穿模块a的击穿电压时，第二击穿模块a击穿并产生光信号。

那么，当操作冲击电压U达到第一击穿模块2的击穿电压时，第一击穿模块2击穿并导通，击穿产生的电流就会通过电阻b，当电阻b两端的电压达到第二击穿模块a的击穿电压时，第二击穿模块就会击穿并产生光信号，该光信号就为试验用的所需的同步信号，因此，同步信号产生时刻就是给被试换流阀施加操作冲击电压U的起始时刻。通过对第一击穿模块2和第二击穿模块a进行设定，使第一击穿模块2在两端电压幅值很低的情况下就会出现击穿放电，进而使第一击穿模块2和第二击穿模块a的击穿几乎是瞬间同时发生，不存在时延。然后，信号处理装置对该光信号进行处理，比如延时处理，并输出给换流阀控制系统，换流阀控制系统产生触发控制信号，在要求时刻，即操作冲击电压U最大时刻输出给换流阀Vt。所以，触发要求时刻就是操作冲击电压U最大值的时刻，是比同步信号产生时刻延迟了波头时间的时刻，而标准操作冲击电压波头时间有一个特定范围，为200～300μs。另外，如果不设置信号处理装置，那么，换流阀控制系统同时具备延时功能，延时波头时间后输出触发导通信号。

基于同步装置的各组成部分，以下给出同步装置的一种具体的实施方式。

第一击穿模块为主放电间隙，具体为一个放电铜球对2，包括上半球和下半球，放电铜球对2安装在一个固定支架上，如图4所示，固定支架包括金属支架5、8和绝缘支架3，上半球通过间隙调节金属杆1固定连接到金属支架5上，下半球通过金属连接杆4固定在金属支架8上。放电铜球对2的上半球和下半球的距离可以通过间隙调节金属杆1灵活调整。

第二击穿模块布置在一个绝缘密闭盒6内，该绝缘密闭盒也称为同步信号采集盒。如图5所示，图4中的绝缘密闭盒6为图5中的绝缘密闭盒e，当然，为了保证光信号的有效采集，绝缘密闭盒e由不透光材料制成。第二击穿模块为一个电极对a，除了电极对a和电阻b之外，绝缘密闭盒e内还设置有压紧弹簧c、连接端子d1和d2以及光纤接口g，连接端子d1连接固定到压紧弹簧c的上端，压紧弹簧c的下端跟电极对a的上电极接触固定，电极对a的下电极接触固定连接端子d2，电阻b并联连接于电极对a的上下电极两端，固定在电极对a的右侧。光纤接口g上的光信号采集端放置在能够接收到电极对a击穿时产生的光信号的位置，图5给出了一种具体的布置方式，光纤接口g固定在电极对a的左侧，光信号采集端布置在电极对a的上下电极之间，且光信号采集端朝向电极对a布置，光纤接口g输出连接光纤f，用于输出光信号，光纤是传输同步信号的载体，传输过程不会受外界电磁干扰的影响，具有高可靠性，提高工作稳定性和可靠性。

为了实现放电铜球对2和电极对a的可靠连接，本实施例给出一种连接方式，如图4所示，放电铜球对2的下半球通过金属连接杆4连接到同步信号采集盒6中的连接端子d1上，同步信号采集盒6中的连接端子d2连接固定到金属支架5上，那么，电极对a的上电极跟放电铜球对2的下半球的金属连接杆4处在同一电位。光信号由光纤7输出。电极对a瞬间击穿产生的光信号就是非周期触发试验中所需获取的同步信号。

当冲击电压发生器产生操作冲击电压U时，放电铜球对2瞬间击穿，回路中出现大幅值的冲击电流i1，回路电流i1流过电阻b，电阻b产生瞬时高压，根据欧姆定律，电阻b两端电压为u＝i1*R，此时能量通过电阻b释放。当电阻b两端电压达到电极对a的间隙击穿电压时，电极对a瞬间击穿放电，回路能量通过电极对a释放，发出强光亮，设置在电极对a处的光信号采集端采集光信号，并通过光纤把检测到的光信号传输给信号处理装置，经过信号处理装置的处理，最后把信号传输给换流阀控制系统，在操作冲击电压U最大值时刻触发换流阀Vt。

非周期触发试验时，给定放电铜球对2的上半球和下半球之间的间隙是1-2cm，间隙距离可调，电极对a之间的间隙是2mm。相对四五百千伏标准操作冲击电压来说，放电间隙都很小，所以放电铜球对2两端电压幅值很低情况下就会出现击穿放电，放电铜球对2和电极对a的击穿几乎同时发生，不存在时延，跟施加操作冲击电压给换流阀Vt的时刻是同步的。

本发明的非周期触发试验同步信号的获取方式较过去的方式具有操作方便、信号准确可靠、不受外界电磁干扰的优点，使得直流输电换流阀非周期触发试验的成功率达到100％，彻底解决了同步信号分散、不准确、易受干扰的问题。使用本同步装置对±800kV滇西北—广东特高压直流输电工程换流阀进行了非周期触发试验，完美做到在操作冲击电压的最大值时刻触发导通试品阀，成功率100％，试验电压波形如图6所示，试验结果得到了业主和监理的高度认可。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

直流输电换流阀非周期触发试验同步装置实施例

本实施例提供一种直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，该同步装置虽然属于直流输电换流阀非周期触发试验系统的一部分，但是可以单独生产、销售和保护。由于该同步装置在上述系统实施例中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (14)

1.一种直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，其特征在于，包括用于串设在直流输电换流阀非周期触发试验回路上的第一击穿模块和第二击穿模块，所述第二击穿模块两端并联有电阻，当电压达到第一击穿模块的击穿电压时，第一击穿模块击穿，击穿产生的电流通过所述电阻，当电阻两端的电压达到第二击穿模块的击穿电压时第二击穿模块击穿并产生光信号，该产生的光信号就为试验用的所需的同步信号。

2.根据权利要求1所述的直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，其特征在于，所述第二击穿模块为一电极对。

3.根据权利要求2所述的直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，其特征在于，所述第二击穿模块和电阻布置在一个绝缘密闭盒内，所述绝缘密闭盒内还设置有一个用于接收第二击穿模块击穿时产生的光信号的光信号采集端口。

4.根据权利要求3所述的直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，其特征在于，所述电极对中的上电极与一压紧弹簧固定设置。

5.根据权利要求1或2所述的直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，其特征在于，所述第一击穿模块为一铜球对。

6.根据权利要求5所述的直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，其特征在于，所述同步装置还包括一个固定支架，所述铜球对的上半球通过调节杆固定在所述固定支架上，所述铜球对的下半球通过连接杆固定在所述固定支架上，通过调节杆能够调节上半球和下半球之间的距离。

7.根据权利要求1或2所述的直流输电换流阀非周期触发试验同步装置，其特征在于，所述同步装置还包括信号处理模块，第二击穿模块击穿时产生的光信号通过光纤输出给所述信号处理模块，以对光信号进行相应的处理。

8.一种直流输电换流阀非周期触发试验系统，其特征在于，包括用于产生同步信号的同步装置以及根据所述同步信号输出换流阀触发信号的换流阀控制系统，所述同步装置包括用于串设在直流输电换流阀非周期触发试验回路上的第一击穿模块和第二击穿模块，所述第二击穿模块两端并联有电阻，当电压达到第一击穿模块的击穿电压时，第一击穿模块击穿，击穿产生的电流通过所述电阻，当电阻两端的电压达到第二击穿模块的击穿电压时第二击穿模块击穿并产生光信号，该产生的光信号就为试验所需的同步信号。

9.根据权利要求8所述的直流输电换流阀非周期触发试验系统，其特征在于，所述第二击穿模块为一电极对。

10.根据权利要求9所述的直流输电换流阀非周期触发试验系统，其特征在于，所述第二击穿模块和电阻布置在一个绝缘密闭盒内，所述绝缘密闭盒内还设置有一个用于接收第二击穿模块击穿时产生的光信号的光信号采集端口。

11.根据权利要求10所述的直流输电换流阀非周期触发试验系统，其特征在于，所述电极对中的上电极与一压紧弹簧固定设置。

12.根据权利要求8或9所述的直流输电换流阀非周期触发试验系统，其特征在于，所述第一击穿模块为一铜球对。

13.根据权利要求12所述的直流输电换流阀非周期触发试验系统，其特征在于，所述同步装置还包括一个固定支架，所述铜球对的上半球通过调节杆固定在所述固定支架上，所述铜球对的下半球通过连接杆固定在所述固定支架上，通过调节杆能够调节上半球和下半球之间的距离。

14.根据权利要求8或9所述的直流输电换流阀非周期触发试验系统，其特征在于，所述试验系统还包括信号处理模块，第二击穿模块击穿时产生的光信号通过光纤输出给所述信号处理模块，以对光信号进行相应的处理，信号处理模块将处理后的信号输出给换流阀控制系统。