一种直流输电晶闸管后备保护特性测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种直流输电晶闸管后备保护特性测试装置，属于直流输电系统晶闸管保护技术领域。

背景技术：

我国幅员辽阔，能源资源丰富，但存在着一次能源与负荷需求逆向分布的特点，我国煤炭资源2/3以上存在山西、陕西、内蒙古，中国可开发的水电资源2/3分布在西部的四川、云南和西藏三省区，而2/3以上的能源需求存在于中国的中东部地区，能源分布与经济发展的不均衡客观上要求在大范围内对能源进行优化配置。直流输电，正利用其长距离、大容量、低损耗的特性，为建设坚强的国家电网、实现我国大范围资源优化配置、推动能源高效开发利用、建设节约型社会、促进经济社会可持续发展和全面建设小康社会提供着重要保障。自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以来，世界各国已有上百个现代工业化直流输电工程建成投运，直流电压、电流和输电容量遍布各个等级。由于直流输电具有送电距离远、送电容量大、控制灵活等特点，因此在运、在建及规划建设中的直流输电工程已经和即将在西电东送、南北互供中承担主要送电任务，在未来全国联网中发挥重要作用。而目前由于发电厂发出的电和用户需求的电大多是交流，因此交流和直流互相转换的换流阀成为直流输电的核心部件，其可靠性和稳定性决定着直流输电的可靠性和稳定性，进而决定着供电的可靠性和稳定性，晶闸管的保护作为换流阀中的核心器件在换流阀运行中起着重要作用，主要作用以下几个方面：

在HVDC晶闸管换流阀中，为了满足超高压、特高压的需求，均采用众多晶闸管串联技术。当一个单阀中的所有晶闸管均由正常的控制脉冲触发，而 其中的一只晶闸管或几只晶闸管由于触发通道故障导致该只晶闸管或几只晶闸管不能正常触发，此时已导通的晶闸管不承担电压，致使整个单阀电压全部加在该只晶闸管或几只晶闸管两端，使其遭受过电压而击穿。晶闸管的后备保护(也叫BOD保护，PF保护)特性测试是晶闸管的控制保护单元的一项重要功能，其主要目的在避免晶闸管遭受过电压的侵害造成击穿，从而对晶闸管元件进行可靠保护。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种直流输电晶闸管后备保护特性测试装置，用以自动完成晶闸管后备保护的测试。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：一种直流输电晶闸管后备保护特性测试装置，包括供电电源模块和用于提供一个反向电压的负极性直流电压模块，所述供电电源模块输出连接一条测试线路，所述测试线路用于串设待测晶闸管，所述测试线路上串设有一个单向导通的第一控制开关；所述负极性直流电压模块的输出端用于连接所述待测晶闸管的阳极，所述负极性直流电压模块的输出端与所述待测晶闸管的阳极之间串设有第二控制开关。

所述测试线路还包括一个电压检测模块，所述电压检测模块用于与所述待测晶闸管并联。

所述第一控制开关和第二控制开关为晶闸管。

所述供电电源模块包括依次连接的交流电源、整流模块、预充电电容和逆变模块，所述逆变模块的输出端连接所述测试线路。

所述供电电源模块还包括升压变压器，所述逆变模块的输出端连接所述升压变压器的原边，所述升压变压器的副边连接所述测试线路。

本实用新型直流输电晶闸管后备保护特性测试装置中，供电电源模块提供测试用电源，该电源施加到待测晶闸管级，当电源的电压峰值达到设定的晶闸管后备保护值时，触发晶闸管导通，从而避免晶闸管被破坏性击穿，该装置可 以自动进行晶闸管级的后备保护触发，检测待测晶闸管级在工频或高频高压下后备保护触发工作性能，从而避免晶闸管遭受过电压的侵害造成击穿，对晶闸管元件进行可靠保护。所以，该测试装置能够自动完成晶闸管后备保护的测试。并且，在控制晶闸管关断后一定时间内，晶闸管极易受电压暂态变化而引起损坏，这时，在恢复期结束后，利用负极性直流电压模块为待测晶闸管级施加一定大小的反向电压，使晶闸管能够快速进入反向阻断状态，保证了晶闸管的安全。另外，通过控制供电电源模块与待测晶闸管的充放电时序，使得晶闸管后备保护触发试验重复进行。

该测试装置提供的后备保护作为晶闸管最后一道保护，可以长期运行从而保护相应晶闸管避免击穿，减少换流站设备更换及维护费用。

附图说明

图1是直流输电晶闸管后备保护特性测试装置电路结构示意图；

图2是测试装置的试验波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

晶闸管后备保护触发特性测试是晶闸管功能测试内容的重要组成部分，其主要目的在于验证晶闸管在换流阀运行中当晶闸管两端的电压达到预设的保护水平时，立即保护触发晶闸管。

高压直流输电换流阀中的晶闸管通常串联运行，并且晶闸管两端通常并联有阻尼电阻、阻尼电容和直流均压电阻。

待测晶闸管的正常触发和过电压保护采用晶闸管触发监测单元实现或者采用控制器实现，而晶闸管触发监测单元本质上还是一个控制器，能够根据输入信号或者人为操作输出触发信号，当需要对晶闸管进行触发时，晶闸管触发监测单元或者控制器输出相应的触发信号，正常工作情况下对晶闸管的正常触发属于常规技术，这里不再具体说明。

一旦晶闸管无法正常触发，比如正常触发回路损坏，且设备继续运行时，正常触发回路没有损坏的晶闸管能够正常触发导通，而正常触发回路被损坏的晶闸管只能靠已有的过电压保护触发，为了提高设备的可利用率，需要允许这种工况长期运行。晶闸管的连续后备保护触发在换流阀稳定运行中起着至关重要作用，因此必须对于晶闸管的后备保护触发进行测试。所以，本实用新型提供的晶闸管的后备保护特性测试装置的本质还是晶闸管过电压特性的测试装置，用于当晶闸管两端的电压大于一设定值时，控制晶闸管导通。

本实用新型提供了一种直流输电晶闸管后备保护特性测试装置，包括供电电源模块和负极性直流电压模块，供电电源模块输出连接有一条测试线路，待测晶闸管(即试品晶闸管)串设在该测试线路上，以进行测试；负极性直流电压模块输出连接测试线路的一端，用于为待测晶闸管提供一个反向电压，比如负极性直流电压模块输出连接待测晶闸管的阳极，为待测晶闸管的阳极施加一定的负极电压。另外，为了对待测晶闸管进行触发控制，该测试装置还可以包括上述用于输出触发导通控制信号的控制器，该控制器控制连接待测晶闸管。

本实施例中，如图1所示，为了对供电电源模块和负极性直流电压模块进行自动输出控制，该测试装置还包括两个控制开关，为控制阀Da1和Da2，在本实施例中，控制阀Da1和Da2为晶闸管，均具有单向导通的功能。

供电电源模块通过控制阀Da1连接测试线路，负极性直流电压模块通过控制阀Da2连接待测晶闸管的阳极。而且，控制器还控制连接控制阀Da1和Da2，通过该控制器分别控制控制阀Da1和Da2的导通或者关断，实现供电电源模块和负极性直流电压模块输出的电能是否加载在晶闸管上。

为了对待测晶闸管两端的电压进行实时检测，该测试装置还包括一个电压检测模块PT1，该电压检测模块与待测晶闸管并联，控制器采样连接该电压检测模块PT1。

而且，本实施例提供了一种供电电源模块的具体结构，如图1所示，供电 电源模块包括交流电压源AC、整流二极管VD1、支撑电容器C、高频逆变电路和升压变压器，交流电压源AC、整流二极管VD1、支撑电容器C、高频逆变电路和升压变压器依次连接。支撑电容器C、高频逆变电路、升压变压器与测试晶闸管级构成放电回路，其中电容器C可由N组电容器并联构成，采用低压充电回路进行预充电，高频逆变电路频率可根据待测晶闸管的特性进行相应调节，主要由晶闸管的反向恢复时间和晶闸管级阻尼回路参数决定。交流电压源AC输出的交流电通过整流二极管的整流后生成直流电，为支撑电容器C进行预充电，当电容器C预充电完成以后，通过高频逆变电路调频，调频电压经过升压变压器升压后输出相应的测试用电压，用于施加到待测晶闸管上。

所以，该测试装置的实施过程如下：

对低压充电回路进行预充电，打开Da1阀；

高频逆变电路频率根据待测晶闸管的参数调节输出电压频率；

调频电压经过升压变压器升压后施加到待测晶闸管上，当升压变压器电压峰值达到晶闸管设定的后备保护值时，或者当检测到的晶闸管阴阳极两端的电压达到设定值时，控制器发出触发脉冲，使待测晶闸管导通，从而避免晶闸管被破坏性击穿。

电压测量模块PT1检测到晶闸管的两端电压急剧跌落到0V时，此时Da1阀关断，由于存在晶闸管恢复期特性，根据现有高压直流输电换流阀晶闸管制造水平，晶闸管关断后约1ms内，晶闸管极易受电压暂态变化而引起损坏，所以，在恢复期结束后，控制器触发导通Da2阀，对待测晶闸管的阳极施加大于-20V左右的负向直流电压，使待测晶闸管承受大于-20V左右的反向直流电压，此时晶闸管处于反向阻断状态直到下一个正向测试电压的到来。

上述是一次测试过程，为了更加准确地测试晶闸管的性能，还可以重复进行多次后备保护触发，检测待测晶闸管在连续的工频或高频高压下后备保护触发工作性能，试验波形如下图2所示。连续后备保护触发频率必须为确保在第 1个电压达到VBO门槛值之前晶闸管级触发保护电路已经充分激活，同时也能够满足待测晶闸管的最大电压的要求。其中，Tc：VBO门槛电压的充电时间，TL：连续后备保护触发VBO的中止时间。

上述实施例给出了供电电源模块的一种具体结构，当然，本实用新型并不局限于上述具体结构，作为其他的实施例，该供电电源模块还可以只是一个能够输出相应电压等级的电源，比如：如果一个电压等级适合测试的交流电压源。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。