直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及一种特高压直流输电技术领域的试验装置及其试验方法，具体讲涉及一种直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置及其试验方法。

背景技术：

当代特高压直流输电系统的换流阀是基于晶闸管换相的原理设计建造的，作为国家重要电力装备和昂贵资产，直流输电工程一经建成后，要求稳定运行数十年以上，作为直流输电系统核心设备的换流阀，其出厂时的可靠性试验是必须环节，其中针对单一换流阀模块的热运行试验就是给模块的晶闸管通过额定电流，通过测量各晶闸管的发热温度来对模块的散热结构、晶闸管的可靠性进行评价的试验，该试验可以直接反映换流阀在热力学方面的特性，同时试验结果除了可以直接决定产品是否合格之外，试验过程中对所有晶闸管的温度记录还可以形成每台换流阀独有的“热力学指纹”，为其投运后的在线监测、运行维修提供原始依据。

换流阀由若干台阀模块组成，而每台阀模块包括十几到几十只晶闸管，本文所称的大组件换流阀是专指每台包括几十只及以上晶闸管的阀模块。目前国内尚未提出针对这种大组件换流阀模块的热运行试验方案，原有的热运行试验方案是晶闸管生产厂家在进行晶闸管型式试验时所进行的热循环试验：该试验方法如附图1所示，将6只晶闸管串接后作为被试品，每只晶闸管的阳极和门极短接，通过直流电源在晶闸管两端施加直流电压，试验开始时晶闸管被触发一次后立即导通，在导通后不再关断，通过调节直流电源令晶闸管电流变化，此试验方法可对少量晶闸管进行热运行试验，但对数十级晶闸管串联构成的大组件换流阀模块则需要容量和试验电压较高的直流电源，同时被试晶闸管没有反复触发换相过程，从发热原理看，由于缺少恢复电荷和开关损耗环节，因此其热力学特性与直流输电工程的实际情况不相符合。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置及其试验方法，本发明解决由于大组件换流阀模块串联晶闸管级过多所造成的试验耐压高、试验用交流电源容量大、试验场地及设备受限等问题，并确保大组件换流阀模块的热运行试验发热原理与实际工程吻合，令阀模块在试验过程中有工频换相过程。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置，其改进之处在于，所述装置包括换流阀模块以及连接在换流阀模块两端的饱和电抗器；所述换流阀模块包括A、B两组阀组件；每组阀组件由饱和电抗器和15级晶闸管串联构成；每级晶闸管均设有散热器；所述饱和电抗器的两端并联有续流二极管；所述晶闸管触发方式为采用小阻值电阻将每个晶闸管的阳极与门极短接。

本发明还提供一种直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置的试验方法，其改进之处在于，所述热运行试验方法包括：①使换流阀模块中的两组8级晶闸管反并联；或②使换流阀模块中的两组7级晶闸管反并联，以实现降低试验电源容量的需求；所述小阻值电阻阻值范围为0.5～20欧姆。

进一步地，在热运行试验之前：将每组阀组件的15级晶闸管分成1、2两组，并在两组晶闸管分界处的散热器上焊接母排；其中：临近饱和电抗器含7级晶闸管为第一组，分别为A-1组晶闸管串和B-1组晶闸管串；含8级晶闸管为第二组，分别为A-2组晶闸管串和B-2组晶闸管串。

进一步地，所述①中，将每个阀组件散热器上焊接的母排与饱和电抗器的母排用电缆连接，将A-1组晶闸管串和B-1组晶闸管串短接；将A、B两组阀组件的饱和电抗器连接，并在换流阀模块的中点之间施加大电流低电压的交流电源，此时换流阀模块的A-2组晶闸管串和B-2组晶闸管串两组8级晶闸管反并联，进行热运行试验；当电压处于正半周期时A-2组晶闸管串导通，当电压处于负半周期时B-2组晶闸管串导通；

进一步地，所述②中，将A、B两组阀组件散热器上焊接的母排用电缆连接，将A-2组晶闸管串和B-2组晶闸管串短接；将A、B两组阀组件的饱和电抗器连接，并在换流阀模块的中点之间施加大电流低电压(大电流范围为：500-5000安培；低电压范围：5-100伏特)的交流电源，此时换流阀模块的A-1组晶闸管串和B-1组晶闸管串两组7级晶闸管反并联，进行热运行试验；当电压处于正半周期时A-1组晶闸管串导通；当电压处于负半周期时B-1组晶闸管串导通。

进一步地，所述热运行试验包括下述步骤：(1)在晶闸管阳极和门极间用小阻值电阻短接；(2)调节交流电源电压；(3)晶闸管触发，电流达到预期值；

所述大电流范围为500-5000安培；所述低电压范围为5-100伏特。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1)本发明提供的直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置及其试验方法，可解决在试验场地及供电电源容量受限的情况下，由于换流阀模块晶闸管数量过多所带来的试验困难问题：本试验方法无需将换流阀模块拆分，仅需对设备接线稍加处理，更改极少量散热器并加装试验母排，就可对整个大组件换流阀模块进行整体热运行试验。

2)本发明提供的直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置及其试验方法，令阀模块在热运行试验时具备晶闸管工频换相过程，晶闸管所发出的热量组成中不仅有通态损耗，还有开关损耗，更接近实际工程中运行工况，试验数据更可靠。

3)针对整台大组件换流阀模块进行整体热运行试验时，无需改变换流阀模块的整体结构，而仅改变被试模块的少量电气接线和散热器并加装试验母排的试验方法；

4)正反两组反并联晶闸管串以提高交流电源利用率、使得交流电压的正负半周期均可对两组反并联的晶闸管串同时试验、令串联晶闸管级具备工频换相过程的试验方法；

5)在阀模块的饱和电抗器上加装并联二极管的试验方法：为换流阀模块电流提供续流通路，抑制因饱和电抗器电流突然中断造成的电感两端电压突升，避免对试验设备及试验人员造成伤害。

附图说明

图1是6级晶闸管串联热循环试验原理图；

图2是本发明提供的30级晶闸管串联换流阀模块热运行试验电气原理图，其中(a)味A-2组晶闸管串和B-2组晶闸管串两组8级晶闸管反并联接线图；(b)为的A-1组晶闸管串和B-1组晶闸管串两组7级晶闸管串反并联接线图；

图3是本发明提供的热运行试验方法下进行试验时其中1只晶闸管的伏安特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种专为几十级晶闸管串联的特高压直流输电大组件换流阀模块热运行试验方案。本发明可对整台大组件换流阀进行整体热运行试验，不改变阀模块的整体结构，仅需对被试换流阀模块电气接线稍加改变，替换少量晶闸管散热器并加装试验母排，整个试验方案原理简单，易于实现。试验结束后，将被试换流阀接线及更改的元器件恢复即可。

本发明提供一种直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置，该装置包括换流阀模块以及连接在换流阀模块两端的饱和电抗器；所述换流阀模块由两组阀组件A、B构成，每组阀组件由15只晶闸管级串联，每组组件内串有一个饱和电抗器，故每台阀模块共由30级晶闸管级及两个饱和电抗器串联构成。每级晶闸管均设有散热器；考虑到饱和电抗器的续流效应，为避免产生高电压危害设备及人身安全，试验过程中需在饱和电抗器两端并联续流二极管，试验后将二极管拆除。晶闸管触发方式为采用小阻值电阻将每个晶闸管的阳极与门极直接短接。此法晶闸管分压均匀，晶闸管导通关断一致性好，接线简便，易于实现。

本发明还提供一种直流输电大组件换流阀模块热运行试验装置的试验方法，在试验前，进行热运行试验分组：将每组阀组件的15级晶闸管分成1、2两组，在两组晶闸管分界处的散热器上焊接母排，临近饱和电抗器含7级晶闸管为第一组，分别为A-1组晶闸管串和B-1组晶闸管串；含8级晶闸管为第二组，分别为A-2组晶闸管串和B-2组晶闸管串。做试验之前用带有母排的散热器替换原有的散热器，试验做完后卸下带有母排的散热器，换回原有的散热器。

两组组件的试验方法如下：

1)第一组试验时，试验接线图如图2(a)所示：将每个阀组件中间部分散热器上焊接的母排与饱和电抗器的母排用电缆连接，可将A-1、B-1两组晶闸管短接掉。将两个阀组件的饱和电抗器接在一起，并在这点和整个阀模块的中点之间施加大电流低电压的交流电源，此时阀模块中间的A-2、B-2两个8级晶闸管串反并联，进行热运行试验。由于试验时采用交流电源，当电压处于正半周期时A-2组晶闸管导通，当电压处于负半周期时B-2组晶闸管导通。

2)第二组试验时，试验接线图如图2(b)所示：将两个阀组件中间部分散热器上焊接的母排用电缆连接，可将A-2、B-2两组晶闸管短接掉。同样将两个阀组件的饱和电抗器连接，并在这两点之间施加大电流低电压的交流电源，此时阀模块靠近饱和电抗器的A-1、B-1两个7级晶闸管串反并联，进行热运行试验。当电压处于正半周期时A-1组晶闸管导通；当电压处于负半周期时B-1组晶闸管导通。

所述热运行试验包括下述步骤：(1)在晶闸管阳极和门极间用小阻值电阻短接；(2)调节交流电源电压；(3)晶闸管触发，电流达到预期值；

所述大电流范围为500-5000安培；所述低电压范围为5-100伏特。

如图3所示为在本发明所提出的热运行试验方法下进行试验时其中1只晶闸管的伏安特性图，如虚线所示为流过该晶闸管的电流波形IVT，如实线所示为晶闸管的端电压UVT，其中t1区间是晶闸管的开通损耗区间、t2区间是晶闸管的关断损耗区间、t3区间是晶闸管的导通损耗区间。

晶闸管在试验时实际工作在自整流状态：被试品晶闸管组件既是半波整流桥，又是负载。这样一来，相对于附图1所涉及的热运行试验方案，系统相当于把直流电源和被试品整合到被试品自身上了，因此系统效能可以提高1倍，对试验电源的容量需求可以降低50％。

本发明所涉及到的热运行试验方法已经在工程实际中获得了的应用，在本单位所实施的直流换流阀技改工程中，根据用户要求，为其提供了更换阀模块晶闸管级部分组件的服务，用户原换流阀为大组件换流阀模块，每台模块包括30级晶闸管，如附图2所示的晶闸管串联部分为其简化的示意图。经过技术改造后，需要进行热运行试验，本单位结合实际提出本发明所阐述的试验方法，并对技改完成的阀模块进行了试验，经用户反馈本试验方案对换流阀的热运行能力进行了充分验证，试验效果理想。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。