一種高壓直流輸電換流閥故障電流試驗裝置及其試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直流輸電換流閥的試驗裝置及其試驗方法，具體涉及一種高壓直流輸電換流閥故障電流試驗裝置及其試驗方法。
【背景技術】
[0002]高壓直流輸電技術作為一種高效的輸電途徑，越來越廣泛的應用于電力系統中，并顯著地改變輸電網的結構、改善電網的性能。隨著高壓直流輸電系統電壓及輸送容量的提高，其關鍵設備一直流換流閥的可靠性變得尤為重要，特別是其承受故障態下的各種極端電流、電壓、熱應力的能力。檢驗并改善換流閥可靠性的必要手段就是對其進行型式試驗。在換流閥型式試驗中，故障電流試驗的主要目的是考核閥承受短路電流引起的最大電流、電壓和溫度應力作用的能力。目前幾大換流閥供貨商均采用合成方法來進行直流換流閥運行試驗，其基本思想是采用幾個獨立的電源系統分別為換流閥提供加熱電流、故障電流和高電壓強度，其優點是大大降低試驗電源容量，節省大量投資。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種高壓直流輸電換流閥故障電流試驗裝置及其試驗方法，本發明充分利用疊加回路原理，提高了裝置的利用效率，節省成本，試驗方法可以實現故障電流的大范圍的調節，能夠滿足常規高壓直流工程和特高壓直流工程換流閥故障電流試驗要求，通用性好。試驗方法充分利用疊加回路原理，使其在與實際工程電流峰值相等的條件下，故障電流強度I2t更接近于實際運行工況。
[0004]本發明的目的是采用下述技術方案實現的:
[0005]本發明提供一種高壓直流輸電換流閥故障電流試驗裝置，所述裝置包括依次并聯的高電壓回路、試品閥和直流電流回路，故障電流回路分別與高電壓回路和試品閥Vt連接；其改進之處在于，所述故障電流回路包括輔助閥、電抗器、電容器、充電設備和開關組；所述輔助閥包括輔助閥V61、V62、V63、V71、V72和V73 ;所述電抗器包括并聯的電抗器Lrl、Lr2、Lr3、LrlU Lr21和Lr31 ;所述電容器包括并聯的電容器Crl、Cr2、Cr3、Crl1、Cr21和Cr31 ;所述電容器Crl與電抗器Lrl串聯組成Crl-Lrl串聯支路；所述電容器Cr2與電抗器Lr2串聯組成Cr2_Lr2串聯支路；所述電容器Cr3與電抗器Lr3串聯組成Cr3-Lr3串聯支路；所述Crl-Lrl串聯支路、Cr2_Lr2串聯支路和Cr3_Lr3串聯支路分別對應通過輔助閥V61、V62和V63與試品閥Vt連接；所述輔助閥V71、電容器Crll與電抗器Lrll串聯組成V71-Crll-Lrll串聯支路；所述輔助閥V72、電容器Cr21與電抗器Lr21串聯組成V72-Cr21-Lr21串聯支路；所述輔助閥V73、電容器Cr31與電抗器Lr31串聯組成V73-Cr31-Lr31串聯支路；所述V71_Cr21_Lr21串聯支路、V72_Cr21_Lr21串聯支路和V73-Cr31-Lr31串聯支路分別對應通過輔助閥V61、V62和V63與試品閥Vt連接；所述充電設備分別與開關組和Crl-Lrl串聯支路、Cr2_Lr2串聯支路、Cr3_Lr3串聯支路、V71-Cr21-Lr21串聯支路、V72_Cr21_Lr21串聯支路和V73_Cr31_Lr31串聯支路連接，開關組包括開關S1、S2和S3，所述開關S1、S2和S3分別對應與Crl-Lrl串聯支路、Cr2_Lr2串聯支路和Cr3-Lr3串聯支路連接。
[0006]進一步地，所述高電壓回路包括直流電壓源、電容器C、電容器Q、電抗器L1、L2和L3、輔助閥Vl和輔助閥組，所述電抗器LI和輔助閥組串聯組成L1-輔助閥組串聯支路；所述電抗器L3、輔助閥Vl和電抗器L2依次連接組成L3-V1-L2串聯支路；所述直流電壓源、電容器Q、電容器C和試品閥Vt并聯；所述L3-V1-L2串聯支路連接在電容器Ctl和電容器C之間；所述L1-輔助閥組串聯支路連接在電容器和試品閥Vt之間；所述輔助閥組包括反并聯的輔助閥V21和V22 ;所述直流電壓源、電容器Ctl和電容器C均接地。
[0007]進一步地，所述直流電流回路包括開關S、輔助閥V5和直流電流源；所述直流電流源與試品閥Vt并聯；所述開關S和輔助閥V5串聯后連接在直流電流源與試品閥Vt之間。
[0008]進一步地，所述故障電流回路為交流電壓源回路。
[0009]本發明還提供一種高壓直流輸電換流閥故障電流試驗裝置的試驗方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟:
[0010](I)直流電壓源通過輔助閥Vl、V21和V22的觸發邏輯時序配合，在電容器Q、電容器C、電抗器L1、L2和L3組成的振蕩回路的振蕩配合下，產生高電壓施加于試品閥Vt上；
[0011](2 )故障電流源回路通過充電設備給并聯電容器Cr 1、Cr2、Cr3、Cr 11、Cr21和Cr31充電，并聯電容器Cr 1、Cr2、Cr3和電抗器Lr 1、Lr2、Lr3分別對應通過輔助閥V61、V62、V63的開通向試品閥Vt施加電流，該電流與并聯電容器Cr 11、Cr21、Cr31和電抗器Lr 11、Lr21、Lr31通過觸發輔助閥V71、V72和V73引入電流半波振蕩周期故障電流疊加共同作用于試品閥Vt上，實現直流輸電換流閥后繼閉鎖的單波次故障電流試驗和無后繼閉鎖的多波次故障電流試驗。
[0012]進一步地，所述后繼閉鎖的單波次故障電流試驗包括下述步驟:
[0013]A、完成試驗裝置接線，試驗裝置上電；
[0014]B、t0時刻觸發輔助閥V61，試品閥Vt引入故障電流Il ；
[0015]C、tl時刻觸發輔助閥V71，引入電流半波振蕩周期4ms、峰值電流值1kA的故障電流I2，故障電流I1和I2疊加共同作用于試品閥Vt上；
[0016]D、t2時刻引入高電壓回路的半波電流，觸發輔助閥V21，電抗器LI和電容器C共同產生諧振電流；
[0017]E、t3時刻隔離輔助閥V61半波電流過零，t2?t3時刻承受來自故障電流放電電容器Crl的負向電壓而關斷；
[0018]F、t4時刻半波電流過零變負，試品閥Vt截至，觸發輔助閥V22，高電壓回路中的電容器C的電壓全部施加在試品閥Vt上；
[0019]G、t5時刻觸發輔助閥Vl和V21，試品閥Vt的電壓隨電容器C電壓變正向，后繼閉鎖的單波次故障電流試驗結束。
[0020]進一步地，所述無后繼閉鎖的多波次故障電流試驗包括下述步驟:
[0021 ] ①完成試驗裝置接線，試驗裝置上電；
[0022]②t0時刻觸發輔助閥V61，試品閥Vt引入故障電流11 ;
[0023]③tl時刻觸發輔助閥V71，引入電流半波振蕩周期4ms、峰值電流值1kA的故障電流I2，故障電流I1和I2疊加共同作用于試品閥Vt上；
[0024]④t2時刻引入高電壓回路的半波電流，觸發輔助閥V21，電抗器LI和電容器C共同產生諧振電流；
[0025]⑤t3時刻半波電流過零變負，試品閥Vt截至，觸發輔助閥V22，高電壓回路的電容器C電壓全部施加在試品閥Vt上；
[0026]⑥t4時刻觸發VI，但不觸發輔助閥V21，高電壓回路的電容器C電壓變回正向電壓，結束第一波次故障電流。
[0027]與現有技術比，本發明達到的有益效果是:
[0028]1、本發明提供高壓直流輸電換流閥故障電流試驗裝置及其試驗方法，該試驗方法采用合成試驗方法，通過一系列輔助閥的觸發配合，將故障大電流和高電壓壓順序施加于被試直流輸電換流閥，使被試換流閥耐受同實際故障工況相當的暫態電流、熱、電壓應力，從而實現對被試閥故障運行工況的試驗考核。在故障大電流部分采用疊加回路，使其在與實際工程電流峰值相等的條件下，故障電流強度I2t更接近于實際運行工況。此外電流源采用電容器沖放電模式，這樣可以通過調節器充電電壓來改變其輸出電流值，以實現故障電流的靈活可調，可以滿足不同電壓等級直流輸電工程換流閥試驗需要，增強設備適用性。
[0029]2、本發明充分利用疊加回路原理，提高了裝置的利用效率，節省成本，試驗方法可以實現故障電流的大范圍的調節，能夠滿足常規高壓直流工程和特高壓直流工程換流閥故障電流試驗要求，通用性好。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明提供的高壓直流輸電換流閥故障電流試驗裝置的拓撲結構圖；
[0031]圖2是本發明提供的后繼閉鎖的單波次故障電流試驗波形圖；
[0032]圖3是本發明提供的無后繼閉鎖的多波次故障電流試驗波形圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0034]本發明提供的高壓直流輸電換流閥故障電流試驗裝置的拓撲結構圖如圖1所示，試驗裝置包括依次并聯的高電壓回路、試品閥和直流電流回路，故障電流回路分別與高電壓回路和試品閥Vt連接；其特征在于，所述故障電流回路包括輔助閥、電抗器、電容器、充電設備和開關組；所述輔助閥包括輔助閥V61、V62、V63、V71、V72和V73 ;所述電抗器包括并聯的電抗器Lrl、Lr2、Lr3、Lrll、Lr21和Lr31 ;所述電容器包括并聯的電容器Crl、Cr2、Cr3、CrlU Cr21和Cr31 ;所述電容器Crl與電抗器Lrl串聯組成Crl-Lrl串聯支路；所述電容器Cr2與電抗器Lr2串聯組成Cr2_Lr2串聯支路；所述電容器Cr3與電抗器Lr3串聯組成Cr3-Lr3串聯支路；所述Crl-Lrl串聯支路、Cr2_Lr2串聯支路和Cr3_Lr3串聯支路分別對應通過輔助閥V61、V62和V63與試品閥Vt連接；所述輔助閥V71、電容器Crll與電抗器Lrll串聯組成V71-Crll-Lrll串聯支路；所述輔助閥V72、電容器Cr21與電抗器Lr21串聯組成V72-Cr21-Lr21串聯支路；所述輔助閥V73、電容器Cr31與電抗器Lr31串聯組成V73-Cr31-Lr31串聯支路；所述V71_Cr21_Lr21串聯支路、V72_Cr21_Lr21串聯支路和V73-Cr31-Lr31串聯支路分別對應通過輔助閥V61、V62和V63與試品閥Vt連接；所述充電設備分別與開關組和Crl-Lrl串聯支路、Cr2_Lr2串聯支路、Cr3_Lr3串聯支路、V71-Cr21-Lr21串聯支路、V72_Cr21_Lr21串聯支路和V73_Cr31_Lr31串聯支路連接，開關組包括開關S1、S2和S3，所述開關S1、S2和S3分別對應與Crl-Lrl串聯支路、Cr2_Lr2串聯支路和Cr3-Lr3串聯支路連接。故障電流回路為交流電壓源回路。
[0035]高電壓回路包括直流電壓源、電容器C、電容器Q、電抗器L1、L2和L3