CN116609650B - 一种直流电流转移试验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高压电器试验技术领域，公开一种直流电流转移试验系统和方法，包括依次连接的电流源回路、转移回路和电压源回路；转移回路包括负载电阻R1、负载电阻R2、辅助开关FK1、辅助开关FK3；电流源回路一出线端经负载电阻R1、辅助开关FK1、被试品SP返回电流源回路另一出线端并接地；负载电阻R2一端与辅助开关FK1输入端相连，另一端经辅助开关FK3返回电流源回路另一出线端；电压源回路包括直流电压源Us、高压电阻R3和辅助开关FK2；直流电压源Us一端经高压电阻R3、辅助开关FK2接至被试品SP一端；直流电压源Us的另一端与电流源回路另一出线端相连并接地。本发明等价性高，参数灵活可调，能对直流旁路开关进行全面考核。

Description

一种直流电流转移试验系统和方法

技术领域

本发明属于高压电器试验技术领域，特别涉及一种直流电流转移试验系统和方法。

背景技术

直流输电系统与交流输电相比，具有调节快速容易、控制功能强、线路损耗小、占地面积小、稳定性高等特点，特别适用于海底电缆输电、长距离架空线路输电以及不同交流系统间的异步互联等场合。特高压直流输电技术是比超高压输电更高一个电压等级的输电技术。

直流输电系统换流站的直流侧和交流侧均装设了开关设备，应用在换流站的直流开关设备，主要用于直流输电系统运行方式的转换、故障的清除，以及检修隔离等目的。目前直流开关设备的研究已有较大的进展，主要包括直流转换开关、隔离开关、接地开关及旁路开关等研究和开发。

直流旁路开关是跨接在一个或多个换流桥直流端子间的机械电力开关装置，在换流桥退出运行过程中把换流桥短路，在换流桥投入运行过程中把电流转移到换流阀中。

目前，直流旁路开关主要应用在双12脉波阀组构成的±800kV特高压直流输电系统，用于故障、检修以及检修完成后退出和投入双12脉波阀组中的某一阀组，以提高直流输电系统的可靠性和可用率。

目前，高压直流旁路开关的研究方向主要为超/特高压系统直流旁路开关的研制开发和控制策略研究。对于性能和试验研究，主要涉及抗震性能和温升试验研究。未见对高压直流旁路开关直流电流转移试验的研究和报道。

国家标准《GB/T 25307-2010 高压直流旁路开关》中规定了高压直流旁路开关直流电流转移试验的相关条款，对试验回路、试验参数均进行了详细说明，但其结构复杂，实施困难，目前实验室无法开展该项试验。

发明内容

为了解决现有技术中直流电流转移试验结构复杂，试验参数调节困难的问题，本发明提供一种直流电流转移试验系统和方法。本发明的直流电流转移试验系统等价性高，参数灵活可调，能对直流旁路开关进行全面考核。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术手段：

本发明第一方面是提供一种直流电流转移试验系统，包括依次连接的电流源回路、转移回路和电压源回路；

所述电流源回路用于将交流电流源转换为直流电流源；

所述转移回路包括负载电阻R1、负载电阻R2、辅助开关FK1、辅助开关FK3；电流源回路一出线端经负载电阻R1、辅助开关FK1、被试品SP返回电流源回路另一出线端并接地；负载电阻R2一端与辅助开关FK1输入端相连，另一端经辅助开关FK3返回电流源回路另一出线端；

所述电压源回路包括直流电压源Us、高压电阻R3和辅助开关FK2；直流电压源Us一端经高压电阻R3、辅助开关FK2接至被试品SP一端；直流电压源Us的另一端与电流源回路另一出线端相连并接地。

作为本发明进一步改进，所述的电流源回路包括短路发电机G、合闸开关HK、调节电抗器L、操作开关CK、短路变压器T和整流装置D；短路发电机G的三相出线端均依次连接有一组合闸开关HK、调节电抗器L、操作开关CK，操作开关CK连接到短路变压器T一次绕组一端；短路变压器T二次绕组三相出线端与整流装置D相连。

作为本发明进一步改进，所述负载电阻R1、辅助开关FK1之间串联有阻容分压器U1。

作为本发明进一步改进，所述被试品SP一端通过磁位计I1返回电流源回路另一出线端并接地。

作为本发明进一步改进，所述辅助开关FK3一端通过磁位计I2返回电流源回路另一出线端。

作为本发明进一步改进，所述高压电阻R3、辅助开关FK2之间设置有阻容分压器U2。

作为本发明进一步改进，所述被试品SP为直流旁路开关。

本发明第二方面是提供一种采用所述的直流电流转移试验系统的试验方法，包括：

电流源回路提供旁路开关所需的直流转移电流和转移电压，电压源回路提供旁路开关电流转移后所需要的直流耐受电压；

转移回路通过控制多组辅助开关的动作时序，并通过多组负载侧电阻的匹配，提供被试品SP所需要的转移电流和转移电压。

作为本发明进一步改进，所述转移回路通过控制多组辅助开关的动作时序，并通过多组负载侧电阻的匹配，提供被试品SP所需要的转移电流和转移电压，包括：

S1，试验前，辅助开关FK1处于合闸位置，辅助开关FK2、辅助开关FK3均处于分闸位置；

S2，试验开始，t0时刻，合闸开关HK合闸，电流源导通产生短路电流I，经过短路后给辅助开关FK3发出合闸命令，使辅助开关FK3在t1时刻合闸；

同时在t1时刻给被试品SP发出分闸命令，t2时刻被试品SP在触头分离后处于转移电流状态，电流将转移至辅助开关FK3支路；

在t3时刻断开电流源回路；

电流源回路完全切断后对辅助开关FK1发送分闸命令，使得辅助开关FK1在t4时刻分闸；

电流源回路完全切断后对辅助开关FK2发送合闸命令，使得辅助开关FK2在t5时刻合闸，使得直流电压源Us的直流电压施加至被试品SP端头；

直流电压施加后，在t6时刻辅助开关FK2分闸，试验结束。

其中，t1、t2、t3、t4、t5、t6依次顺序构成动作时序。

相比于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明提供了用于直流电流转移试验的试验系统，该系统包括依次连接的电流源回路、转移回路和电压源回路。该系统采用负载电阻和辅助开关的联合作用，通过控制多组辅助开关的动作时序，替代换流阀组，并通过多组负载侧电阻的匹配，提供所需要的转移电流和转移电压。电压源回路提供旁路开关电流转移后所需要的直流耐受电压。通过搭建相应的试验回路，在实验室进行直流电流转移试验，具有可行性和有效性。通过试验数据证明了相关试验参数符合标准要求。本发明的系统等价性高，参数灵活可调，能对直流旁路开关进行全面考核。同时可应用于高压交流系统电流转移试验，拓展了应用场景和范围。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明实施例的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1本发明实施例给出的直流电流转移试验方法原理图；

图2本发明实施例给出的试验系统原理图；

图3本发明实施例给出的直流电流转移试验时序图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本发明实施例所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本发明实施例所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明实施例中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明实施例所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述的实施例仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明实施例的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明实施例的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

相关术语解释

高压直流（HVDC）旁路开关：跨接在一个或多个换流桥直流端子间的机械电力开关装置，在换流桥退出运行过程中把换流桥短路；在换流桥投入运行过程中把电流转移到换流阀中。（GB/T 25307-2010条款3.2）

直流转移电流：通过换流桥触发角、旁路开关等配合，由旁路开关转移到换流桥的直流电流。（GB/T 25307-2010条款3.20）

短时直流电流：在规定的使用和性能条件下，旁路开关主回路30 min内能够承载的直流电流。（GB/T 25307-2010条款3.21）

本发明的目的是设计合适的等效试验方法和回路，便于实施和考核。

国家标准《GB/T 25307-2010 高压直流旁路开关》条款7.13中规定了高压直流旁路开关直流电流转移试验的相关要求。对于标准中规定的直流电流转移试验回路，实施难度大，目前实验室无法开展该项试验。因此，需要设计合适的等效试验方法和回路，便于实施和考核。

本技术方案内容涉及高压电器设备容量试验领域，由于《GB/T 25307-2010 高压直流旁路开关》标准中规定的旁路开关直流电流转移试验回路，其结构复杂，实施困难，目前实验室无法开展该项试验。

由于《GB/T 25307-2010 高压直流旁路开关》标准中规定的旁路开关直流电流转移试验回路，其结构复杂，实施困难，目前实验室无法开展该项试验。因此，对高压直流系统中旁路开关的应用场合、结构和工作原理进行分析研究，本发明开发了一种用于直流旁路开关的直流电流转移试验系统和方法，通过负载侧电阻和辅助开关的联合作用，替代换流阀组，提供所需的试验条件，对直流旁路开关直流电流转移能力进行实验室验证。直流电流转移试验系统的基本原理如图1所示。

本发明第一个目的是提供一种直流电流转移试验系统，用于直流电流转移试验，包括依次连接的电流源回路1、转移回路2和电压源回路3；

所述的电流源回路1用于交流电流源转换为直流电流源；

所述的转移回路2包括负载电阻R1、负载电阻R2、辅助开关FK1、辅助开关FK3；电流源回路1一出线端经负载电阻R1、辅助开关FK1、被试品SP返回电流源回路1另一出线端并接地；负载电阻R2一端与辅助开关FK1输入端相连，另一端经辅助开关FK3返回电流源回路1另一出线端；

所述的电压源回路3包括直流电压源Us、高压电阻R3和辅助开关FK2；直流电压源Us一端经高压电阻R3、辅助开关FK2接至被试品SP一端；直流电压源Us的另一端与电流源回路1另一出线端相连并接地。

本发明目的是还提供一种基于直流电流转移试验系统的试验方法，采用负载电阻和辅助开关的联合作用，通过控制多组辅助开关的动作时序，替代换流阀组，并通过多组负载侧电阻的匹配，提供所需要的转移电流和转移电压。

该方法具体包括：

电流源回路1提供旁路开关所需的直流转移电流和转移电压，电压源回路3提供旁路开关电流转移后所需要的直流耐受电压；转移回路2通过控制多组辅助开关的动作时序，并通过多组负载侧电阻的匹配，提供所需要的转移电流和转移电压。

上述方案中，具体的本发明实施例可以采用短路发电机作为电流源回路1的主要部件，能够提供旁路开关所需的直流转移电流和转移电压。直流电压源Us可以采用振荡回路作为电流源回路1中直流电压源Us实现元件，能够提供旁路开关电流转移后所需要的直流耐受电压。振荡回路可以是LC回路。

以下结合具体实施例对本发明的内容进行详细说明。

如图2所示，为本发明实施例所述试验系统图。基于该直流电流转移试验方法，提供了一种直流电流转移试验系统，包括依次连接的电流源回路1、转移回路2和电压源回路3。

电流源回路1包括短路发电机G、合闸开关HK、调节电抗器L、操作开关CK、短路变压器T和整流装置D。

利用实验室现有的短路发电机G作为电流源回路1电流源，进而设计了三相试验回路，短路发电机G的三相出线端与合闸开关HK、调节电抗器L、操作开关CK依次串联，并连接到短路变压器T一次绕组一端。短路变压器T二次绕组三相出线端与整流装置D相连。

转移回路2包括负载电阻R1、负载电阻R2、辅助开关FK1（高压侧）、辅助开关FK3（高压侧）、被试品SP、阻容分压器U1、磁位计I1和磁位计I2。转移回路2由整流装置D的一出线端经负载电阻R1、阻容分压器U1、高压辅助开关FK1（低压侧）、被试品SP、磁位计I1返回整流装置D另一出线端并接地。负载电阻R2一端与阻容分压器U1、高压辅助开关FK1相连，另一端经低压辅助开关FK3、磁位计I2返回整流装置D另一出线端。

电压源回路3包括直流电压源Us、高压电阻R3、辅助开关FK2和阻容分压器U2。电压源回路3中直流电压源Us一端经高压电阻R3、阻容分压器U2、高压辅助开关FK2，接至被试品SP一端。直流电压源Us的另一端与整流装置D另一出线端相连并接地。

本发明实施例所述试验系统选用合成试验方法。更具体，短路发电机应用于电流源回路1，振荡回路应用于电压源回路3，电流源回路1提供旁路开关所需的直流转移电流和转移电压，电压源回路3提供旁路开关电流转移后所需要的直流耐受电压。通过负载侧电阻和辅助开关的联合作用，替代换流阀组，提供所需的试验条件。

试验回路中各部件的作用说明如下：

短路发电机G作为电流源电流源。合闸开关HK合闸精准度高，用于控制试验电流的投入。调节电抗器L用于调节试验电流。操作开关CK用于保护短路发电机和试验回路设备。短路变压器T为提供所需的电流源电压。整流装置D将发电机输出的交流电流源转换为直流电流源。

负载电阻R1、负载电阻R2通过调节其阻值可以得到不同的转移电流值。辅助开关FK1、辅助开关FK2均为高压辅助开关，辅助开关FK3为低压辅助开关，通过控制辅助开关的动作时序可以提供所需的试验条件。被试品SP可以为直流旁路开关。直流电压源Us为被试品SP提供直流耐受电压。高压电阻R3串接在电压源回路3中，提供所需的直流电流。阻容分压器U1用于测量电流源回路1的电压，阻容分压器U2用于测量电压源回路3的电压。磁位计I1用于测量流过被试品SP的转移电流值，磁位计I2用于测量转移支路的电流值。

本发明还提供一种直流电流转移试验方法，包括控制时序和试验实施过程，试验过程中开关时序见图3，包括如下步骤：

步骤1，试验前准备：

步骤1.1，辅助开关FK1处于合闸位置，辅助开关FK2、辅助开关FK3均处于分闸位置，直流旁路开关（图中SP）处于合闸位置；

步骤2，试验实施过程：

步骤2.1，试验开始，t0时刻，合闸开关HK合闸，电流源导通产生短路电流I，经过一段短路时段后给辅助开关FK3发出合闸命令，使辅助开关FK3在短路一段时段后（t1时刻）合上（为了试验方便也可以直接短接辅助开关FK3）；

步骤2.2，辅助开关FK3合闸的同时给被试品SP发出分闸命令，被试品SP在触头分离后（t2时刻）即处于转移电流状态，电流将转移至辅助开关FK3支路；

步骤2.3，再经过一段时段后（t3时刻）使操作开关CK分闸，断开电流源；

步骤2.4，电流源完全切断后对辅助开关FK1发送分闸命令，使得辅助开关FK1在电流源切断后（t4时刻）分闸；

步骤2.5，电流源完全切断后对辅助开关FK2发送合闸命令，使得辅助开关FK2在电流源切断后（t5时刻）合闸，使得直流电压源Us的直流电压施加至被试品SP端头；

步骤2.6，直流电压施加后（t6时刻）辅助开关FK2分闸，试验结束。

t1、t2、t3、t4、t5、t6依次顺序构成动作时序，例如可以对应0ms、200ms、250ms、300ms、350ms、400ms、1min。

采用该方法在实验室进行了直流电流转移试验，试验结果验证该方法的可行性和有效性。通过试验数据，证明了该方法的有效性，相关试验参数符合标准要求。

基于上述实施例对本发明方法的说明，可以得出，本发明本技术方案的具有如下有点：

（1）采用本方法可以很方便的满足不同电压等级试验需求，试验电压、试验电流、试验持续时间等均可进行调节，参数调节灵活方便，试验等价性高。

（2）该方法不局限于高压直流系统中的电流转移试验，通过对电流源回路1的调节，结合本发明中的控制方法，可以开展高压交流系统下的电流转移试验。

（3）通过本方法中的这种结构和控制时序，可以将电压源和电流源充分隔离，能更好的保护电流源回路1。

综上所述，针对国家标准《GB/T 25307-2010 高压直流旁路开关》中规定的直流电流转移试验方法，其结构复杂，实施困难，目前实验室无法开展该项试验。本发明对高压直流系统中旁路开关的应用场合、结构和工作原理进行分析研究，开发了一种直流电流转移试验系统和方法，通过负载侧电阻和辅助开关的联合作用，替代换流阀组，提供所需的试验条件，对直流电流转移能力进行实验室验证。本发明的方案等价性高，参数灵活可调，能对直流旁路开关进行全面考核。同时该方法可应用于高压交流系统电流转移试验，拓展了该方法的应用场景和范围。对相关系统后续产品的设计和对电力系统安全可靠运行都具有重要意义，同时也符合产业政策发展需要，对今后超、特高压输电线路的建设也具有重大作用。

本技术方案电流源回路1采用负载电阻和辅助开关的联合作用，通过控制多组辅助开关的动作时序，替代换流阀组，并通过多组负载侧电阻的匹配，提供所需要的转移电流和转移电压。本技术方案使直流旁路开关电流转移能力考核得以实施，试验等价性高，参数灵活可调，应用场景广泛。

通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本发明实施例中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (6)

1.一种直流电流转移试验系统的试验方法，其特征在于，系统包括依次连接的电流源回路、转移回路和电压源回路；

所述电流源回路用于将交流电流源转换为直流电流源；

所述转移回路包括负载电阻R1、负载电阻R2、辅助开关FK1、辅助开关FK3；电流源回路一出线端经负载电阻R1、辅助开关FK1、被试品SP返回电流源回路另一出线端并接地；负载电阻R2一端与辅助开关FK1输入端相连，另一端经辅助开关FK3返回电流源回路另一出线端；

所述电压源回路包括直流电压源Us、高压电阻R3和辅助开关FK2；直流电压源Us一端经高压电阻R3、辅助开关FK2接至被试品SP一端；直流电压源Us的另一端与电流源回路另一出线端相连并接地；

所述的电流源回路包括短路发电机G、合闸开关HK、调节电抗器L、操作开关CK、短路变压器T和整流装置D；短路发电机G的三相出线端均依次连接有一组合闸开关HK、调节电抗器L、操作开关CK，操作开关CK连接到短路变压器T一次绕组一端；短路变压器T二次绕组三相出线端与整流装置D相连；

所述被试品SP为直流旁路开关；

采用所述的直流电流转移试验系统的试验方法，包括：

电流源回路提供旁路开关所需的直流转移电流和转移电压，电压源回路提供旁路开关电流转移后所需要的直流耐受电压；

转移回路通过控制多组辅助开关的动作时序，并通过多组负载侧电阻的匹配，提供被试品SP所需要的转移电流和转移电压；

所述转移回路通过控制多组辅助开关的动作时序，并通过多组负载侧电阻的匹配，提供被试品SP所需要的转移电流和转移电压，包括：

S1，试验前，辅助开关FK1处于合闸位置，辅助开关FK2、辅助开关FK3均处于分闸位置；

S2，试验开始，t0时刻，合闸开关HK合闸，电流源导通产生短路电流I，经过短路后给辅助开关FK3发出合闸命令，使辅助开关FK3在t1时刻合闸；

同时在t1时刻给被试品SP发出分闸命令，t2时刻被试品SP在触头分离后处于转移电流状态，电流将转移至辅助开关FK3支路；

在t3时刻断开电流源回路；

电流源回路完全切断后对辅助开关FK1发送分闸命令，使得辅助开关FK1在t4时刻分闸；

电流源回路完全切断后对辅助开关FK2发送合闸命令，使得辅助开关FK2在t5时刻合闸，使得直流电压源Us的直流电压施加至被试品SP端头；

直流电压施加后，在t6时刻辅助开关FK2分闸，试验结束。

2.根据权利要求1所述的直流电流转移试验系统，其特征在于，所述负载电阻R1、辅助开关FK1之间串联有阻容分压器U1。

3.根据权利要求1所述的直流电流转移试验系统的试验方法，其特征在于，所述被试品SP一端通过磁位计I1返回电流源回路另一出线端并接地。

4.根据权利要求1所述的直流电流转移试验系统的试验方法，其特征在于，所述辅助开关FK3一端通过磁位计I2返回电流源回路另一出线端。

5.根据权利要求1所述的直流电流转移试验系统的试验方法，其特征在于，所述高压电阻R3、辅助开关FK2之间设置有阻容分压器U2。

6.根据权利要求1所述的直流电流转移试验系统的试验方法，其特征在于，所述直流电压源Us为振荡回路。