专利名称：高压直流输电换流阀故障电流试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量测试技术领域，尤其涉及一种高压直流换流阀试验装置。
背景技术：
随着高压直流输电技术在电力系统中应用的逐步推广，其核心部件——大功率高压串联 晶闸管阀的可靠性成为系统安全的关键。而故障电流试验是关系到高压串联晶闸管阀设计和 制造水平，提高其可靠性的重要试验手段。其主要目的是验证阀承受短路电流引起的最大电 流、电压和温度应力作用的设计是正确的。目前国际上普遍采用合成的试验理念來进行直流 输电换流阀的故障电流试验，例如ABB公司和西门子公司生产的直流输电换流阀的故障电流 试验装置都采用6脉冲整流桥模拟桥臂短路的方法实现故障电流试验，其加热电流源与故障 电流源用同一电源提供，采用这种试验装置，试验对供电系统的冲击很大，同时要求供电系 统具有非常高的短路容量，不利于供电系统的电压稳定，容易影响该供电系统中其余负荷的 正常运行。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种对供电系统没有冲击、同时对电源系统的短路 容量无要求、利于系统稳定的高压直流输电换流阀故障电流试验装置。
为解决上述技术问题，本实用新型高压直流输电换流阀故障电流试验装置由一个加热电 流提供单元、 一个高电压强度提供单元和一个故障电流提供单元组成，该三个单元进行时序 配合，依次向试品阀施加加热电流强度、高电压强度和故障电流强度。所述故障电流提供单 元由一个单相交流电源， 一个全波整流桥， 一个储能电容器、 一个故障电流电抗器和一个故 障电流辅助阀组成，该单相交流电源输出给全波整流桥，全波整流桥给储能电容器补能充电， 储能电容器与谐振电抗器串联后通过故障电流辅助阀与试品阀串联在一起。
所述加热电流提供单元由一个三相交流电源， 一个6脉冲整流桥， 一个负载电抗器、一 个正向加热辅助阀和一个反向加热辅助阀组成，其中三相交流电源输出给6脉冲整流桥，6 脉冲整流桥的一个桥臂由反并联的正向加热辅助阀和反向加热辅助阀串接试品阀组成，6脉 冲整流桥的输出接负载电抗器。
所述高电压强度提供单元高电压强度提供单元由一个直流电压源，四个辅助阅，两个电 容器，三个电抗器组成，其中四个辅助阀分别为电源辅助阀、升压辅助阀、正向谐振辅助阀和反向谐振辅助阀，两个电容器分别为直流电容器和谐振电容器，三个电抗器分别为保护电 抗器、升压电抗器和谐振电抗器；所述直流电压源正极接电源辅助阀，电源辅助阀后端并联 连接直流电容器和保护电抗器，保护电抗器串联连接升压辅助阀后再串联连接升压电抗器， 升压电抗器后并联连接谐振电容器和谐振电抗器，谐振电抗器串联连接反并联的正向谐振辅 助阀和反向谐振辅助阀后再连接试品阀；直流电压源、直流电容器、谐振电容器和试品阀的 另一端连接在一起。所述三个单元时序配合的方式为首先是通过正向加热辅助阀的导通将6脉冲整流桥B6 的桥臂电流强度施加到试品岡上，利用此试验电流来加热试品阀，在工作温度上升到试验要 求后，通过正向谐振辅助阀的导通将谐振电容器的高压施加到试品阀上，使试品阀耐受同实 际工况同样恶劣的高电压强度，此后迅速导通故障电流辅助阀，使储能电容器与故障电流电 抗器谐振，通过故障电流辅助阅的导通将此故障大电流引入试品阀，使其耐受同实际工况相 同的故障电流强度。本实用新型采用多套电源系统分别为换流阀提供加热电流、故障电流和高电压强度，其 故障电流强度通过储能电容器提供，相当于在高强度的试验装置与供电系统之间加了一级缓 冲，对供电系统没有冲击，不会引起电压跌落，不会影响供电质量；同时也没有短路容量的 要求，更易于供电系统的选择与实现；对同一系统中的其它并联负荷不会产生电压冲击影响， 有利于电压稳定的实现；可以大大降低试验电源容量，节省大量投资。
图1是本实用新型高压直流输电换流阀故障电流试验装置拓扑结构图； 图2是后加正压的单波次故障电流试验原理波形；图中粗实线代表试验电压波形，细实 线代表试验电流波形。图3是无后加正压的多波次故障电流试验原理波形；图中粗实线代表试验电压波形，细 实线代表试验电流波形。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明图1为本实用新型高压直流输电换流阀故障电流试验装置拓扑结构图，如图所示，Tl为 直流电压源，T2为三相交流电源，T3为单相交流电源；Vs为电源辅助阀、VI为升压辅助阀、 V21为正向谐振辅助阀、V22为反向谐振辅助阀、V41为正向加热辅助阀、V42为反向加热辅 助阀、Vosi为故障电流辅助阀；B4为全波整流桥，用于对储能电容器Cr补能充电，间接地 为试品阀提供故障试验电流；B6为6脉冲整流桥，用于提供试品阀加热电流；Vt为试品阀； C0为直流电容器、C为谐振电容器、Cr为储能电容器，其中直流电容器C0和谐振电容器C用于提供试验所需的高电压，储能电容器Cr用于提供故障电流所需能量；Ll为谐振电抗器、 L2为升压电抗器、L3为保护电抗器、U为加热电抗器、Lr为故障电流电抗器，其中谐振电抗 器L1、升压电抗器L2、保护电抗器L3用于与直流电容器C0和谐振电容器C配合产生谐振高 压，加热电抗器U作为直流负载电抗器与6脉冲整流桥B6配合提供试品阀加热电流，故障电 流电抗器Lr与储能电容器Cr配合产生故障试验电流。其中直流电压源Tl通过电源辅助阀 Vs、升压辅助阀VI、反并联的正向谐振辅助阀V21和反向谐振辅助阀V22的触发逻辑时序配 合，在直流电容器CO、谐振电容器C、谐振电抗器L1、升压电抗器L2、保护电抗器L3组成 的不同振荡回路的振荡配合下，产生高电压施加于试品阀Vt上，也即直流电压源T1，电源 辅助阀Vs、升压辅助阀V1、反并联的正向谐振辅助阀V21和反向谐振辅助阀V22，直流电容 器CO、谐振电容器C，谐振电抗器L1、升压电抗器L2、保护电抗器L3共同组成了试品阀Vt 的高电压强度提供单元；其中三相交流电源T2通过6脉冲桥和反并联的正向加热辅助阔V41 和反向加热辅助阀V42的配合可施加恒流加热电流于试品阀Vt上，也即三相交流电源T2, 6 脉冲整流桥桥B6，加热电抗器LH、反并联的正向加热辅助阀V41和反向加热辅助阀V42共同 组成了试品阀Vt的加热电流提供单元其中单相交流电源T3通过整流控制给储能电容器Cr 充电，储能电容器Cr和故障电流电抗器Lr通过故障电流辅助阀Vosi的触发工作施加故障大 电流于试品阀Vt,也即单相交流电源T3，全波整流桥B4，储能电容器Cr、故障电流电抗器 Lr和故障电流辅助阀Vosi共同组成了试品阀Vt的故障电流提供单元。本实用新型高压直流输电换流阀故障电流试验装置即由所述加热电流提供单元、高电压 强度提供单元和故障电流提供单元组成，该三个单元进行时序配合，依次向试品阀施加同实 际正常工况相当的加热电流强度、高电压强度和故障电流强度；其中高电压强度提供单元的 电路连接关系为直流电压源T1接电源辅助阀Vs，电源辅助阀Vs后端并联连接直流电容器 CO和保护电抗器L3，保护电抗器L3串联连接升压辅助阀VI后再串联连接升压电抗器L2， 升压电抗器L2后并联连接谐振电容器C和谐振电抗器L1，谐振电抗器L1串联连接反并联的 正向谐振辅助阀V21和反向谐振辅助阀V22后再连接试品阀Vt，直流电压源T1、直流电容器 CO、谐振电容器C和试品阀Vt的另一端连接在一起；加热电流提供单元的电路连接关系为 三相交流电源T2输出给6脉冲整流桥B6， 6脉冲整流桥B6的一个桥臂由反并联的正向加热 辅助阀V41和反向加热辅助阀V42串接试品阀Vt组成，6脉冲整流桥B6的输出接加热电抗 器L,;故障电流提供单元的电路连接关系为单相交流电源T3输出给全波整流桥B4，全波 整流桥B4的输出给储能电容Cr，储能电容Cr与故障电流电抗器Lr串联后通过故障电流辅 助阀Vosi与试品阀Vt串联在一起。所述三个单元时序配合的方式为首先是通过正向加热辅助阀V41的导通将6脉冲整流桥B6的桥臂电流强度施加到试品阀Vt上，使试品阀耐受同实际工况相当的试验电流，利用 此试验电流来加热试品阀，使其工作温度上升，在工作温度上升到试验要求后，通过正向谐 振辅助阀V21的导通将谐振电容器C的高压施加到试品阀上，使被试阀耐受同实际工况同样 恶劣的高电压强度，此后迅速导通故障电流辅助阀Vosi，使储能电容器Cr与故障电流电抗 器Lr谐振，试验前调整储能电容器Cr、故障电流电抗器Lr的谐振参数，并控制储能电容器 Cr的储能电压从而达到控制故障电流幅值和频率的目的，通过故障电流辅助阀Vosi的导通 将此故障大电流引入试品阀Vt，使其耐受同实际工况相同的故障电流强度。在故障电流过零 后通过反向谐振辅助阀V22的导通将谐振电容器C的反向高压施加于试品阀Vt上，完成后加 正压的单波次故障电流试验。通过故障电流辅助阀Vosi的控制可连续的将储能电容器Cr、 故障电流电抗器Lr谐振的故障电流强度加于试品阀Vt上，3 5个周波后完成无后加正压的 多波次故障电流试验。这两种试验方式的目的分别是验证阀的以下能力
a) 后加正压的单波次故障电流试验——抑制一个最大幅值的单波次故障电流，从最高温 度开始的，跟着闭锁发生的反向和正向电压，包括任何甩负荷造成的过电压；其原理试验波 形如图2。
b) 无后加正压的多波次故障电流试验——在与单波次试验相同的条件下，直到断路器跳 闸前，继续存在多波次故障电流，但不再施加正向电压；其原理试验波形如图3。
本实用新型高压直流输电换流阀故障电流试验装置，通过一系列辅助阀的触发配合，将 恒流加热源、故障大电流源和高压源顺序施加于被试直流输电换流阀，使被试换流阅耐受同 实际故障工况相当的暂态电压、暂态电流、暂态的热与损耗强度，从而实现对被试阀故障运 行丁况的试验考核，而且本拓扑结构对于不同试验方式的实现较为方便、简单，对于试验装 置的安全性十分有利。同时本实用新型高压直流输电换流阀故障电流试验装置将实际工况中 耐受的大容量强度分别由3个独立电源提供，大大降低了装置成本。
权利要求1、一种高压直流输电换流阀故障电流试验装置，其特征在于包括一个加热电流提供单元、一个高电压强度提供单元和一个故障电流提供单元，该三个单元进行时序配合，依次向试品阀施加加热电流强度、高电压强度和故障电流强度；所述故障电流提供单元由一个单相交流电源T3，一个全波整流桥B4，一个储能电容器Cr、一个故障电流电抗器Lr和一个故障电流辅助阀Vosi组成，该单相交流电源T3输出给全波整流桥B4，全波整流桥B4的输出给储能电容器Cr，储能电容器Cr与故障电流电抗器Lr串联后通过故障电流辅助阀Vosi与试品阀Vt串联在一起。
2、 根据权利要求l所述的高压直流输电换流阀故障电流试验装置，其特征在于所述加 热电流提供单元由一个三相交流电源T2， 一个6脉冲整流桥B6， 一个加热电抗器LH、 一个正 向加热辅助阀V41和一个反向加热辅助阔V42组成，其中三相交流电源T2输出给6脉冲整流 桥B6， 6脉冲整流桥B6的一个桥臂由反并联的正向加热辅助阀V41和反向加热辅助阀V42串 接试品阀Vt组成，6脉冲整流桥B6的输出接加热电抗器LH。
3、 根据权利要求1或2所述的高压直流输电换流阀故障电流试验装置，其特征在于所述 高电压强度提供单元由一个直流电压源T1，四个辅助阀，两个电容器，三个电抗器组成，其 中四个辅助阀分别为电源辅助阀Vs、升压辅助阀n、正向谐振辅助阀V21和反向谐振辅助阈 V22，两个电容器分别为直流电容器CO和谐振电容器C，三个电抗器分别为保护电抗器L3、 升压电抗器L2和谐振电抗器L1;所述直流电压源H正极接电源辅助阓Vs，电源辅助阀Vs后端并联连接直流电容器C0 和保护电抗器L3，保护电抗器L3串联连接升压辅助阈V1后再串联连接升压电抗器L2，升压 电抗器L2后并联连接谐振电容器C和谐振电抗器L1，谐振电抗器L1串联连接反并联的正向 谐振辅助阀V21和反向谐振辅助阀V22后再连接试品阀Vt;直流电压源T1、直流电容器C0、 谐振电容器C和试品阀Vt的另一端连接在一起。
专利摘要本实用新型公开了一种高压直流输电换流阀故障电流试验装置，包括一个加热电流提供单元、一个高电压强度提供单元和一个故障电流提供单元，该三个单元进行时序配合，依次向试品阀施加同实际工况相当的加热电流强度、高电压强度和故障电流强度；其中故障电流提供单元由单相交流电源(T3)，全波整流桥(B4)，储能电容器(Cr)、故障电流电抗器(Lr)和故障电流辅助阀(Vosi)组成。本实用新型故障电流强度通过储能电容器(Cr)提供，相当于在高强度的试验装置与供电系统之间加了一级缓冲，对供电系统没有冲击，同时也没有短路容量的要求；对同一系统中的其它并联负荷不会产生电压冲击影响，有利于电压稳定的实现。
文档编号G01R31/00GK201138362SQ200720172990
公开日2008年10月22日 申请日期2007年9月6日 优先权日2007年9月6日
发明者查鲲鹏, 汤广福, 温家良, 贺之渊 申请人:中国电力科学研究院