CN114236267B - 基于大容量电力电子开关施加故障电流装置及试验方法 - Google Patents

基于大容量电力电子开关施加故障电流装置及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高压大电流试验技术领域，尤其涉及一种基于大容量电力电子开关施加故障电流装置及试验方法，装置包括由故障电流产生回路和工频电压发生器形成的试验回路；故障电流产生回路包括三个独立的LC振荡电路；工频电压发生器，用于提供试验所需的电压；电力电子开关，用于导通和关断电路；控保系统，负责控制试验中的充放电以及电力电子开关的导通关断时刻。本发明一种基于大容量电力电子开关施加故障电流试验方法通过控制电力电子开关的导通与关断时序，将故障电流和工频电压发生器产生的交流电压按照设定时间精确引入试品。

Description

基于大容量电力电子开关施加故障电流装置及试验方法
技术领域
本发明涉及高压大电流试验技术领域，具体为基于大容量电力电子开关施加故障电流装置及试验方法。
背景技术
晶闸管换流阀和电压源换流器阀的电气部分型式试验包括绝缘试验和运行试验两部分，其中故障电流试验是运行试验部分中的重要内容，它的主要目的为验证阀在最严重的故障电流条件下所引起的最大电流、电压、温度和电应力作用的设计是否正确。
为实现在试验室条件下，再现运行中的故障环境，需要建设具有再现能力的故障电流试验系统。
发明内容
针对故障电流试验系统的建设问题，本发明提供一种基于大容量电力电子开关施加故障电流装置及试验方法。实现故障电流再现的试验系统，可以使用传统的背靠背回路，也可使用基于合成试验技术的合成试验回路，其中合成试验方法作为其推荐方法之一，同时得到了业界的认可，即在故障电流注入后某一时刻引入电压。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于大容量电力电子开关施加故障电流装置，包括：
由故障电流产生回路和工频电压发生器形成的试验回路，用于接入试品；
故障电流产生回路包括三个独立的LC振荡电路；
工频电压发生器，用于提供试验所需的电压；
电力电子开关，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关，用于导通和关断电路；
控保系统，负责控制试验中的充放电以及电力电子开关的导通关断时刻，通过调整电力电子开关的时序能够实现多种试品的故障电流试验，在系统出现过流、过压等故障时可以立即保护跳闸。
优选的，所述故障电流产生回路由第一电源和第二电源进行供电，所述第一电源与第二电源根据需求进行连接，用于适用不同试验需求。
优选的，所述故障电流产生回路上设有多个隔离刀闸，用于根据不同试品或者不同试验需要进行合分。
优选的，所述工频电压发生器前级设有断路器。
优选的，所述电力电子开关为晶闸管阀，用于实现大电流下的快速开通关断。
一种基于大容量电力电子开关施加故障电流试验方法，采用基于大容量电力电子开关施加故障电流装置，包括以下步骤：
S1，将试品与故障电流产生回路进行连接；
S2，根据试验类型或者试品类型的不同，利用控保系统对电力电子开关的开合进行时序控制，获得对应的故障电流波形图。
优选的，试验前，所述试品进行预热运行；进行试验时，所述试品为闭锁状态；所述故障电流产生回路的故障电流底宽为12ms~20ms可调。
优选的，当试品为晶闸管换流阀，且进行单波次故障电流时，以闭锁后试品的后一个周期内的工频电压正向过零点为参考时刻0；具体实施时序为：
1）试品闭锁后t1时刻合断路器接入工频回路；
2）t2时刻使第一开关、第五开关和试品导通，产生故障电流；
3）t3时刻使第七开关导通，引入工频正向电压；
4）t4时刻分开断路器，断开工频回路；
其中t2和t3的时间差即为故障电流的底宽时间。
优选的，当试品为晶闸管换流阀，且进行多波次故障电流时，以闭锁后试品的后一个周期内的周期内的工频电压正向过零点为参考时刻0；具体实施时序为：
1） 试品闭锁后t1时刻合断路器接入工频回路；
2） t2时刻使第一开关、第五开关和试品导通，产生第一个故障电流波形；
3） t3时刻使第八开关导通，引入第一个负向电压；
4） t4时刻使第二开关、第五开关和试品导通，产生第二个故障电流波形；
5） t5时刻使第八开关导通，引入第二个负向电压；
6） t6时刻使第三开关、第五开关和试品导通，产生第三个故障电流波形；
7） t7时刻分开断路器，断开工频回路；
其中t2和t3的时间差即为第一个故障电流的底宽时间；t4和t5的时间差即为第二个故障电流的底宽时间；t6和t7的时间差即为第三个故障电流的底宽时间。
优选的，当试品为电压源换流阀时，以试品的闭锁时刻为参考时刻0；具体实施时序为：
1）试品闭锁后t1时刻使第一开关导通，衰减电流回路产生电流；
2）t2时刻使第三开关导通，故障电流产生回路产生第一正向电流；
3）t3时刻使第四开关导通，故障电流产生回路产生第一反向电流；
4）t4时刻使第三开关导通，故障电流产生回路产生第二正向电流；
5）t5时刻使第四开关导通，故障电流产生回路产生第二反向电流；
6）t6时刻使第三开关导通，故障电流产生回路产生第三正向电流；
7）t7时刻使第四开关导通，故障电流产生回路产生第三反向电流；
8）t8时刻使第三开关导通，故障电流产生回路产生第四正向电流；
9）t9时刻使第四开关导通，故障电流产生回路产生第四反向电流；
10）t10时刻使第三开关导通，故障电流产生回路产生第五正向电流；
11）t11时刻使第四开关导通，故障电流产生回路产生第五反向电流；
12）t12时刻使第六开关导通，将电容器短路。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明一种基于大容量电力电子开关施加故障电流试验方法通过控制电力电子开关的导通与关断时序，将故障电流和工频电压发生器产生的交流电压按照设定时间精确引入试品。
本发明能够验证单波次故障电流再加正向电压试验，再现最严重的正向电压与晶闸管结温的联合作用。
本发明对于多波次故障电流试验，可以产生要求时刻的暂态反向电压。
本发明对于电压源换流器阀的故障电流试验可通过改变回路的连接方式满足试验需求。
本发明具有易于控制、兼容性强、测试成本较低等优点。
电力电子开关为晶闸管阀，具有承受电流大、开通关断反应迅速的特点，可实现故障电流施加时刻的精准控制。
附图说明
图1是本发明一种基于大容量电力电子开关施加故障电流装置的示意图；
图2 晶闸管换流阀单周波故障电流波形图；
图3 晶闸管换流阀三周波故障电流波形图；
图4 电压源换流器阀故障电流波形图；
图5 故障电流底宽可调波形图。
图中，I、故障电流产生回路；II、工频电压发生器；III、试品；V1、第一开关；V2、第二开关；V3、第三开关；V4、第四开关；V5、第五开关；V6、第六开关；V7、第七开关；V8、第八开关；KS1、第一刀闸；KS2、第二刀闸；KS3、第三刀闸；KS4、第四刀闸；KV4、第五刀闸；KV5、第六刀闸；KS5、断路器；Ud1、第一电源；Ud2、第二电源。
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。
本发明公开了一种基于大容量电力电子开关施加故障电流装置，参照图1，包括由故障电流产生回路I和工频电压发生器II形成的试验回路、电力电子开关和控保系统。
故障电流产生回路I，包括三个独立的LC振荡电路。故障电流产生回路I由第一电源Ud1和第二电源Ud2进行供电，第一电源Ud1与第二电源Ud2根据需求进行连接，用于适用不同试验需求。
故障电流产生回路I上设有多个隔离刀闸，用于根据不同试品III或者不同试验需要进行合分。本实施例中隔离刀闸设有六个，分别为第一刀闸KS1、第二刀闸KS2、第三刀闸KS3、第四刀闸KS4、第五刀闸KV4和第六刀闸KV5，设置位置参照图1所示。
工频电压发生器II，用于提供试验所需的电压，本实施例中规格参数为：额定交流电压：60kV；额定交流电流：5A。
工频电压发生器II前级设有断路器KS5。
电力电子开关，包括第一开关V1、第二开关V2、第三开关V3、第四开关V4、第五开关V5、第六开关V6、第七开关V7，用于导通和关断电路。电力电子开关为晶闸管阀，具有承受电流大、开通关断反应迅速的特点，可实现故障电流施加时刻的精准控制。
控保系统，负责控制试验中的充放电以及电力电子开关的导通关断时刻，通过调整电力电子开关的时序能够实现多种试品的故障电流试验，在系统出现过流、过压等故障时可以立即保护跳闸。
本发明还公开了一种基于大容量电力电子开关施加故障电流试验方法，采用基于大容量电力电子开关施加故障电流装置，包括以下步骤：
S1，将试品III与故障电流产生回路I进行连接；试验前，试品III进行预热运行。
S2，根据试验类型或者试品III类型的不同，利用控保系统对电力电子开关的开合进行时序控制，获得对应的故障电流波形图。
进行试验时，试品III为闭锁状态；参照图5，故障电流产生回路I的故障电流底宽为12ms~20ms可调。
实施例1
参照图2，当试品III为晶闸管换流阀，且进行单波次故障电流时，以闭锁后试品III的后一个周期内的工频电压正向过零点为参考时刻0。
具体实施时序为：
1）试品III闭锁后t1时刻合断路器KS5接入工频回路；
2）t2时刻使第一开关V1、第五开关V5和试品III导通，产生故障电流；
3）t3时刻使第七开关V7导通，引入工频正向电压；
4）t4时刻分开断路器KS5，断开工频回路；
其中t2和t3的时间差即为故障电流的底宽时间。
实施例2
参照图3，当试品III为晶闸管换流阀，且进行多波次故障电流时，以闭锁后试品III的后一个周期内的周期内的工频电压正向过零点为参考时刻0。
具体实施时序为：
1） 试品III闭锁后t1时刻合断路器KS5接入工频回路；
2） t2时刻使第一开关V1、第五开关V5和试品III导通，产生第一个故障电流波形；
3） t3时刻使第八开关V8导通，引入第一个负向电压；
4） t4时刻使第二开关V2、第五开关V5和试品III导通，产生第二个故障电流波形；
5） t5时刻使第八开关V8导通，引入第二个负向电压；
6） t6时刻使第三开关V3、第五开关V5和试品III导通，产生第三个故障电流波形；
7） t7时刻分开断路器KS5，断开工频回路；
其中t2和t3的时间差即为第一个故障电流的底宽时间；t4和t5的时间差即为第二个故障电流的底宽时间；t6和t7的时间差即为第三个故障电流的底宽时间。
实施例3
参照图4，当试品III为电压源换流阀时，以试品III的闭锁时刻为参考时刻0。
具体实施时序为：
1）试品III闭锁后t1时刻使第一开关V1导通，衰减电流回路产生电流；
2）t2时刻使第三开关V3导通，故障电流产生回路I产生第一正向电流；
3）t3时刻使第四开关V4导通，故障电流产生回路I产生第一反向电流；
4）t4时刻使第三开关V3导通，故障电流产生回路I产生第二正向电流；
5）t5时刻使第四开关V4导通，故障电流产生回路I产生第二反向电流；
6）t6时刻使第三开关V3导通，故障电流产生回路I产生第三正向电流；
7）t7时刻使第四开关V4导通，故障电流产生回路I产生第三反向电流；
8）t8时刻使第三开关V3导通，故障电流产生回路I产生第四正向电流；
9）t9时刻使第四开关V4导通，故障电流产生回路I产生第四反向电流；
10）t10时刻使第三开关V3导通，故障电流产生回路I产生第五正向电流；
11）t11时刻使第四开关V4导通，故障电流产生回路I产生第五反向电流；
12）t12时刻使第六开关V6导通，将电容器短路。

Claims (1)

1.一种基于大容量电力电子开关施加故障电流试验方法，其特征在于， 基于大容量电力电子开关施加故障电流装置由故障电流产生回路（I）和工频电压发生器（II）形成的试验回路，用于接入试品（III）；
故障电流产生回路（I）包括三个独立的LC振荡电路；所述故障电流产生回路（I）由第一电源（Ud1）和第二电源（Ud2）进行供电，所述第一电源（Ud1）与第二电源（Ud2）根据需求进行连接，用于适用不同试验需求；所述故障电流产生回路（I）上设有多个隔离刀闸，用于根据不同试品（III）或者不同试验需要进行合分；
工频电压发生器（II），用于提供试验所需的电压；
电力电子开关，包括第一开关（V1）、第二开关（V2）、第三开关（V3）、第四开关（V4）、第五开关（V5）、第六开关（V6）、第七开关（V7），用于导通和关断电路；
控保系统，负责控制试验中的充放电以及电力电子开关的导通关断时刻通过调整电力电子开关的时序能够实现多种试品的故障电流试验，在系统出现过流、过压故障时可以立即保护跳闸；
所述工频电压发生器（II）前级设有断路器（KS5）；所述电力电子开关为晶闸管阀，用于实现大电流下的快速开通关断；
包括以下步骤：
S1，将试品（III）与故障电流产生回路（I）进行连接；其中，所述试品（III）为晶闸管换流阀或者电压源换流阀；试验前，所述试品（III）进行预热运行；进行试验时，所述试品（III）为闭锁状态；所述故障电流产生回路（I）的故障电流底宽为12ms~20ms可调；
S2，根据试验类型或者试品（III）类型的不同，利用控保系统对电力电子开关的开合进行时序控制，获得对应的故障电流波形图；
当试品（III）为晶闸管换流阀，且进行单波次故障电流时，以闭锁后试品（III）的后一个周期内的工频电压正向过零点为参考时刻0；具体实施时序为：
1）试品（III）闭锁后t1时刻合断路器（KS5）接入工频回路；
2）t2时刻使第一开关（V1）、第五开关（V5）和试品（III）导通，产生故障电流；
3）t3时刻使第七开关（V7）导通，引入工频正向电压；
4）t4时刻分开断路器（KS5），断开工频回路；
其中t2和t3的时间差即为故障电流的底宽时间；
当试品（III）为晶闸管换流阀，且进行多波次故障电流时，以闭锁后试品（III）的后一个周期内的周期内的工频电压正向过零点为参考时刻0；具体实施时序为：
1） 试品（III）闭锁后t1时刻合断路器（KS5）接入工频回路；
2） t2时刻使第一开关（V1）、第五开关（V5）和试品（III）导通，产生第一个故障电流波形；
3） t3时刻使第八开关（V8）导通，引入第一个负向电压；
4） t4时刻使第二开关（V2）、第五开关（V5）和试品（III）导通，产生第二个故障电流波形；
5） t5时刻使第八开关（V8）导通，引入第二个负向电压；
6） t6时刻使第三开关（V3）、第五开关（V5）和试品（III）导通，产生第三个故障电流波形；
7） t7时刻分开断路器（KS5），断开工频回路；
其中t2和t3的时间差即为第一个故障电流的底宽时间；t4和t5的时间差即为第二个故障电流的底宽时间；t6和t7的时间差即为第三个故障电流的底宽时间；
当试品（III）为电压源换流阀时，以试品（III）的闭锁时刻为参考时刻0；具体实施时序为：
1）试品（III）闭锁后t1时刻使第一开关（V1）导通，衰减电流回路产生电流；
2）t2时刻使第三开关（V3）导通，故障电流产生回路（I）产生第一正向电流；
3）t3时刻使第四开关（V4）导通，故障电流产生回路（I）产生第一反向电流；
4）t4时刻使第三开关（V3）导通，故障电流产生回路（I）产生第二正向电流；
5）t5时刻使第四开关（V4）导通，故障电流产生回路（I）产生第二反向电流；
6）t6时刻使第三开关（V3）导通，故障电流产生回路（I）产生第三正向电流；
7）t7时刻使第四开关（V4）导通，故障电流产生回路（I）产生第三反向电流；
8）t8时刻使第三开关（V3）导通，故障电流产生回路（I）产生第四正向电流；
9）t9时刻使第四开关（V4）导通，故障电流产生回路（I）产生第四反向电流；
10）t10时刻使第三开关（V3）导通，故障电流产生回路（I）产生第五正向电流；
11）t11时刻使第四开关（V4）导通，故障电流产生回路（I）产生第五反向电流；
12）t12时刻使第六开关（V6）导通，将电容器短路。
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