高压直流输电换流阀晶闸管级单元综合测试系统设计与实现

晶闸管换流阀是高压直流输电系统的核心设备,该设备运行状态直接影响了直流输电系统的运行可靠性。因此,在直流输电工程投运前及设备检修期间,电网设备运维单位有必要对换流阀晶闸管级单元进行例行测试。由于直流输电系统中晶闸管级单元数量庞大且晶闸管试验项目繁多,采用分离试验的方式,工作量巨大,因此设计并实现针对换流阀晶闸管级单元的综合测试系统具有重要工程价值。对晶闸管级单元的工作原理进行分析,结合IEC60700-1标准,提出换流阀晶闸管级单元的试验内容、原理及方法,并将开发的测试系统应用于±800 k V特高压直流输电工程换流站的晶闸管换流阀试验,测试结果证明该测试系统设计合理,满足工程应用需求。     

特高压直流输电阀控动模试验系统设计

针对近年国内特高压直流输电工程中换流阀控制设备的实际运行工况,设计了一套完整的特高压直流输电工程阀控动模试验系统,整个试验系统包括整流侧换流阀、整流侧阀控(valve control equipment,VCE)、逆变侧换流阀、逆变侧VCE、控制与监视后台系统.该试验系统直接采用工程用晶闸管来搭建微型换流阀,相比实际工程用换流阀,减少了每个单阀的晶闸管数量,其他换流阀设计参数与实际工程相同,相较于采用实时数字仿真(real-time digital simulator,RTDS)系统模拟换流阀参数的方式,更有利于换流阀及输电线路参数的精确获取与处理,对阀控功能的验证更加有效.最后对许继集团研制的VCE800阀控系统进行了试验,验证结果表明该阀控动模试验系统可以满足特高压直流工程阀控设备联调需要.     

HVDC开路状态下换流阀控制设备误发保护性触发故障原因分析

HVDC开路状态下,监视晶闸管正向电压的换流阀控制设备易误发保护性触发故障,导致直流闭锁。针对此情况,分析了HVDC开路工况特性和保护性触发原理,以祁连—韶山±800kV特高压直流工程为例,深入开展了故障分析,提出了换流阀控制设备误发保护性触发的原因和条件。受实际电压波形的影响,晶闸管电压相角为180°附近时,阀电子电路在收到触发脉冲信号的情况下,将极有可能发送建压脉冲信号。阀接口电子设备会误将此信号识别为保护性触发脉冲信号。HVDC非开路状态下,由于换流器控制单元对触发延迟角的限制,阀电子电路不可能在晶闸管电压相角为180°附近时收到触发脉冲信号;换流阀控制设备误发保护性触发的故障只可能发生在HVDC开路工况下。最后进行了换流阀控制设备实验测试,故障现象、实验测试结果与分析结果一致。     

TCU结构换流阀组件中晶闸管级例行试验方法研究

换流阀是高压直流输电(HVDC)系统的核心装备之一,其性能直接影响整个系统的可靠性和稳定性。晶闸管级单元是高压直流换流阀中的最小单元,在直流输电工程投运前以及设备检修期间,需要对每一个阀组件晶闸管级单元进行例行试验,工作量巨大。目前没有针对TCU结构晶闸管级单元的具体例行试验方案,系统地建立一套TCU结构晶闸管级的试验方法,为换流阀的可靠运行和检修,提高必要保障和技术支持显得尤为重要。文中在分析晶闸管级单元电气原理及失效模式的基础上,结合IEC 60700-1—2008,提出了针对TCU结构晶闸管级单元的试验项目、方法,并将该例行试验方法投入实际工程中应用,通过试验验证了文中研究方法的合理性和正确性。     

一种VBE综合测试平台设计

阀基电子设备(VBE)是高压直流输电工程中专用于换流阀的驱动控制与保护的重要设备,用于实现换流阀中可控硅阀片的开关控制与运行监视,对换流阀的安全运行起到至关重要的作用。由于国外设备生产厂家对VBE技术的封锁,国内运维部门无法充分了解和掌握VBE的故障机理,VBE的故障诊断与维修方案依然依赖于国外设备供应商。笔者在分析VBE系统的硬件组成的基础上,给出了VBE系统的关键信号与数据流,设计与研制了一套VBE综合测试平台,包括模拟实际换流阀的换流阀仿真平台、控制与监视换流阀仿真平台的最小VBE系统和基于Labview语言编写的监控平台,该平台能够模拟正常与故障工况下VBE工作状态,复现故障情况下VBE系统的关键信号,便于捕捉和分析故障信号特征,为实际工程维修提供了有重要价值的参考。     

特高压大组件换流阀用晶闸管控制单元板卡防火装置的研制

作为换流阀设计中的关键环节,防火设计的优劣关系到系统运行的安全和稳定。针对特高压大组件换流阀,文中介绍了一种晶闸管控制单元用板卡防火装置的研制过程。基于交流耐压和局放试验、振动试验、温度循环试验,以及防火性能试验,验证了该防火装置的可靠性和防火性能。通过在哈密站和金华站中的成功应用,实现了对已投运工程换流阀防火设计的整改,提高了现有设备的防火性能,同时也为后续换流阀设计提供了可供借鉴的思路。     

特高压直流工程换流阀用晶闸管实际运行工况关断时间研究

为保证直流工程控制保护系统试验中换相失败判断的准确性,需模拟换流阀实际运行工况下晶闸管关断特性应力,从而获取实际直流工程中晶闸管最小关断时间。该文以±1100k V/5500A昌吉-古泉特高压直流工程为研究对象,分析实际工程晶闸管阀关断过程应力,基于LC谐振和冲击电压复合的等效测试方法,建立了晶闸管关断特性测试平台;通过工程控保联调试验,获取几种易引发换相失败故障的晶闸管阀电压、电流应力,并则算出单级晶闸管应力,在真实物理平台开展测试。测试结果表明,晶闸管在极端运行工况下,最小关断时间为385μs (7°)左右,准确修正了RTDS仿真模型中阀最小关断角度,支撑了直流工程控制保护系统联调试验的顺利进行,为直流工程现场调试奠定了技术基础。     

特高压直流输电换流阀控制系统应用

换流阀作为换流站中的关键设备,能实现交流电与直流电之间相互转换。换流阀控制系统主要功能是触发、监视和保护换流阀。以±800 kV特高压沂南换流站极Ⅱ的PCS-8600换流阀为背景,介绍换流阀控制系统的原理及配置方式,对阀控单元及晶闸管控制单元的重点功能进行详细分析。针对实际运行中需要重点关注的阀控接口信息,给出归纳与总结,为今后换流阀系统的运行维护及消缺处理提供参考。     

用于60Hz电力系统的高压直流换流阀运行试验等效方法

为保证高压直流(HVDC)工程能够可靠运行,必须进行换流阀运行试验,而运行试验回路工作频率受制于电力系统的频率,如何对不同频率下的产品进行试验是亟待解决的问题。为满足60Hz电力系统的换流阀运行试验要求,以西安高压电器研究院50Hz频率的换流阀运行试验回路为基础,对换流阀的最小单元晶闸管级的结构、运行中各种过程、晶闸管级承受的电流和电压等电气参数及损耗特性进行了研究和比较,提出了进行60Hz换流阀运行试验的等效方法和折算系数。研究结果表明,在1种运行试验回路上进行不同频率的换流阀运行试验的方法可行,但需要根据不同的试验项目进行适当等效折算,以达到试验检测的目的。该方法的提出可为在世界范围内适用不同频率的直流输电工程的研究、检测等工作提供指导和参考的作用。     

直流输电系统逆阻型IGCT换流阀研究

换相失败是基于晶闸管换流阀的高压直流（HVDC）输电系统常见故障,严重威胁电网安全运行。为有效解决换相失败难题,此处从电力电子器件的基本特性出发,提出了基于逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）换流阀的换相失败抑制方法和直流输电系统拓扑方案。搭建了系统仿真模型,对比研究了在直流系统逆变侧出现换相失败故障后,采用晶闸管换流阀和逆阻型IGCT换流阀对直流系统的影响情况。仿真结果表明,逆阻型IGCT换流阀对换相失败故障的抑制效果良好。根据目前IGCT器件的研制水平,设计了逆阻型IGCT换流阀,并提出了控制逻辑。基于研究成果,进行了逆阻型IGCT换流阀样机研制。为验证样机性能,搭建了合成试验回路系统,开展了逆阻型IGCT换流阀的通流试验和电流关断试验,试验结果证明IGCT换流阀的设计和研制满足要求。研究结果可为以后直流输电工程的系统研究和换流站关键设备设计提供参考。     

一种用于高压换流阀晶闸管TCU的取能装置关键技术研究

在高压直流输电系统中,换流阀是高压直流输电系统的核心设备,TCU作为换流阀功率器件晶闸管的触发控制单元,对晶闸管的可靠触发起到至关重要的作用,TCU工作时需要从外部获取能量。文中提出了一种高压换流阀晶闸管TCU取能装置,能量来源于市电,采用工频隔离变压器、高压绝缘电缆及绝缘套进行高低电位隔离;分析介绍了该取能装置的设计要点、总体设计结构及原理、磁环参数计算、晶闸管TCU内部取能回路的工作原理及使用外部电源为TCU提供取能电源的电源参数;最后通过换流阀运行试验合成回路对高压换流阀晶闸管TCU的取能装置进行了试验验证,试验结果显示文中提出的取能装置能够满足高压直流晶闸管阀TCU在晶闸管常规运行、雷电冲击环境下及低电压工作工况下的取能要求。     

±660kV直流输电工程换流阀运行试验研究

晶闸管换流阀作为直流输电系统的核心设备之一,完备的型式试验是保证其安全、可靠、稳定运行的重要手段,也是其研究开发和工程应用的基础和前提条件.对宁东-山东±660 kV直流输电示范工程换流阀运行试验项目和实际试验参数进行全面介绍,阐述了换流阀合成试验方法,并展示了部分试验波形.试验结果表明该工程换流阀顺利通过试验考核,设...     

用合成回路进行±800kV向家坝-上海工程换流阀运行试验

±800 kV直流输电工程电压等级高,额定电流大,并且采用世界上首次在工程中采用的6英寸晶闸管。为了对800 kV换流阀进行有效的试验,采用了利用新开发的一套合成回路对800 kV换流阀进行试验的过程,试验可以模拟换流阀在实际运行中的各种运行状态。得到了向上工程换流阀运行试验的相关结果。试验结果证明向上工程换流阀设计完全满足要求,所有参数均高于工程设计水平。     

±800 kV特高压直流锡盟站换流阀运行试验及特殊试验

±800 kV锡盟—泰州特高压直流输电工程是中国大气污染防治行动计划的12个重点项目之一,换流站直流额定电压±800 kV,额定电流6 250 A,输电能力达到1万MW,是世界上第1条千万千瓦级的特高压直流输电工程。为保障直流输电系统运行的安全性与可靠性,在换流阀安装投运前产品必须通过型式试验的验证。西安高压电器研究院利用换流阀运行试验合成回路,模拟特高压直流输电工程用换流阀在实际运行中的各种工况,完成了锡盟站晶闸管阀的运行型式试验和附加特殊试验,验证了锡盟工程换流阀的设计可靠性,相关试验数据为晶闸管和换流阀的生产商及相关技术人员提供了设计参考。     

锦屏—苏南±800kV特高压直流工程晶闸管换流阀

换流阀是特高压直流输电工程中主要关键设备,其设计的可靠性直接影响直流系统的安全可靠运行。文中介绍了锦屏—苏南±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀主要技术参数。主要从电压应力、电流应力、水冷系统、晶闸管参数4个方面和先前投运的向家坝—上海±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀进行了对比分析。验证了锦屏—苏南特高压直流工程晶闸管换流阀整体性能比向家坝—上海±800 kV直流工程有所提升,可以长期安全可靠运行;同时也为后续±800 kV特高压直流工程换流阀的设计和制造奠定了良好的基础。     

电控与光控晶闸管换流阀触发机理对比分析研究

根据电控及光控换流阀的触发机理,结合南方电网己有直流输电工程的工程实践,对电控以及光控换流阀控制保护系统进行了深入地对比研究。电控换流阀采用的五脉冲法具有时序性强的特点,同时也存在阀基电子设备(VBE)装置误判和回报信号无法区别的现象。此外,晶闸管电子(TE)板存在的固有缺陷也会导致换流阀元器件损坏和异常导通。光控换流阀将电控换流阀TE板的功能分散到晶闸管电压监视(TVM)和恢复期保护单元(RPU)板,采用了与电控换流阀不同的控制保护原理,消除了电控换流阀固有的缺陷,但也存在换流阀大面积晶闸管无回检信号及VBE装置误报光发射板故障的缺点。最后通过分析南方电网电控及光控换流阀控制保护系统出现的典型故障,总结出了这两种不同控制方式换流阀的优缺点,并提出相关解决建议。     

晶闸管电压监测板TVM在阀保护中的功能浅析

目前在我国已有贵广Ⅰ、贵广Ⅱ、德阳-宝鸡等8条高压直流输电(HVDC)工程中采用激光脉冲直接光控晶闸管的直接光触发晶闸管(LTT)换流阀。为确保换流阀的安全可靠运行,对换流阀中的每个晶闸管用晶闸管电压监测(TVM)进行在线监测。TVM实时用回报信号将监测的结果通过光缆送往阀底部电子设备(VBE)中。VBE中的单片机监测系统根据TVM发送的回报信号分析判定晶闸管故障,并产生相应报警、跳闸信号。针对TVM国产化研制中对其功能的研究及在贵广Ⅱ等工程现场调试运行中对其在阀保护中的作用进行简要分析。     

高压直流输电开路试验中换流阀设备保护的探讨

在呼伦贝尔至辽宁直流输电工程换流阀直流开路试验中,由于换流阀多次保护触发动作引起系统跳闸,导致站系统试验无法进行。笔者结合该试验过程,从直流开路试验基本原理、换流阀监控和极控制保护几个方面进行分析讨论,提出阀控单元(VCU)对换流阀的保护完全可以保证换流阀设备的安全,极控制保护对换流阀保护触发动作的监控可只作为监视,不必产生系统跳闸,从而保证OLT试验顺利进行。     

用于高压直流输电的晶闸管换流阀短路故障分析及其试验方法研究

晶闸管换流阀作为传统高压直流输电的重要设备,其可靠性和故障耐受性能与高压直流输电工程的安全可靠运行密切相关。而短路故障是晶闸管换流阀可能出现的最严重的故障之一,有必要对其进行故障分析和试验验证。文章研究了相关标准中对于短路故障的试验要求,分析了高压直流输电晶闸管换流阀的各种典型故障特性和现有的分别采用短路发电机和电容器组作为短路试验电源的两种故障电流试验方法,并从故障电流热效应等效性和故障电流试验电压等效性方面分析了两种试验方法的特点。     

晶闸管换流阀断续电流试验方法探讨

断续电流试验是高压直流输电用晶闸管换流阀的一项重要的型式试验,该试验模拟换流阀在两种不同电压下电流产生断续情况,换流阀能够正常、多次可靠触发的能力。文中讨论了在合成试验回路基础上采用电流源双六脉动桥串并联运行、增加辅助取能装置或调节电压源时序的方法进行断续电流试验,并对上述几种方法进行了比较分析。经过试验验证的晶闸管换流阀在实际直流输电工程中的良好运行证明了合成试验回路断续电流试验方法上的等效性。