一种测试装置及换流阀系统的测试方法与流程

1.本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种测试装置及换流阀系统的测试方法。


背景技术：

2.高压直流输电系统是当前唯一可实现将万兆瓦级电能高效率输送至两千公里以外的先进输电技术，作为高压直流输电系统的核心设备，换流阀及阀基电子设备（vbe）运行可靠性直接影响整个直流工程的安全稳定运行。
3.换流阀及阀控系统是高压直流输电系统中的主要组成部分。如图1所示，换流阀由多个晶闸管级回路串联组成，晶闸管级回路由晶闸管、阻尼电阻、阻尼电容、均压电阻组成，是换流阀最基本的核心功能单元。阀控系统主要由阀基电子设备（vbe）、晶闸管触发监测单元（ttm）以及连接两者的高压通信光纤组成。换流阀的控制、监视和保护功能是由晶闸管触发监测单元、阀基电子设备和极控系统有机结合完成。每个晶闸管级回路均配备一个晶闸管触发监测单元，晶闸管触发监测单元实现换流阀晶闸管级的触发与监测功能，阀基电子设备作为换流阀与上层极控系统的接口设备，实现对换流阀状态信息汇总、处理和保护功能，同时实现对换流阀的控制功能。
4.如何保证换流阀运行可靠性是实现直流输电工程高可用率的重要一环。除了装置本体设计和制造外，设备维护特别是投运后的定期测试是关键所在。目前，国内外采用的是一种基于单级晶闸管级回路测试方法的工程现场维护手段。但是，此方法测试效率低，每次只能对单个晶闸管级回路进行测试，费时费力。随着对高压直流输电可用率要求提高，年度检修时间已经开始大幅减少，从原来的十几天缩短到几天。因此，仍采用原有的单级测试手段的话，测试效率低导致不能在缩短后的年度检修期间内完成所有换流阀晶闸管级回路的测试，测试不全面，对设备可靠运行带来隐患。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的对换流阀测试效率低的缺陷，从而提供一种测试装置及换流阀系统的测试方法。
6.第一方面，本发明实施例提供一种测试装置，测试装置采用分层分布式系统架构；测试装置用于生成多种试验电压，以模拟不同试验工况；同步对多个待测系统进行多种试验项目，并监测待测系统的运行状态，并基于监测结果，判断待测系统是否故障，测试装置包括：人机交互层、微机控制层及一次回路层，其中，试验人员通过人机交互层选择试验工况及试验项目，人机交互层基于试验工况及试验项目生成控制指令；微机控制层对控制指令进行处理后，生成测试指令；监测待测系统的运行状态，并判断待测系统是否故障，人机交互层显示监测结果及判断结果；测试指令用于控制一次回路层向待测系统提供相应的试验电压，以模拟不同的试验工况；测试指令用于对待测系统执行对应的试验项目。
7.在一实施例中，测试装置还包括：触发光纤及回报光纤，其中，微机控制层通过触发光纤及回报光纤与待测系统连接；触发光纤用于传输测试指令；回报光纤用于传输待测
系统回传的回报信号，微机控制层基于回报信号监测待测系统的运行状态，并判断待测系统是否故障。
8.在一实施例中，测试装置还包括：多个待测系统串联连接，一次回路层通过多条高压电缆与多个待测系统串联连接后的两端并联连接，以同步向串联连接电路施加试验电压。
9.第二方面，本发明实施例提供一种换流阀系统的测试方法，换流阀系统包括换流阀、极控系统、阀基电子设备及晶闸管触发监测单元，换流阀由多个桥臂构成，每个桥臂由多个晶闸管级回路串联连接构成，第一方面的测试装置与多个待测晶闸管回路串联连接后的两端连接，测试方法包括：测试装置基于试验人员输入的至少一个试验工况及试验项目，生成测试指令，根据测试指令，同时向多个待测晶闸管级回路提供相应的试验电压，模拟不同的试验工况；测试装置将测试指令直接发送至晶闸管触发监测单元，以对换流阀系统进行开环测试，或通过阀基电子设备发送至晶闸管触发监测单元，以对换流阀系统进行闭环测试；测试装置获取晶闸管触发监测单元或阀基电子设备回传的回报信号，监测待测晶闸管级回路的运行状态以及自身的运行状态，测试装置根据回报信号、待测晶闸管级回路的运行状态以及自身的运行状态，判断换流阀系统是否故障。
10.在一实施例中，回报信号包括：正常触发回报信号、正向过电压回报信号和取能回报信号。
11.在一实施例中，闭环测试包括：闭环触发测试及闭环过电压保护测试。
12.在一实施例中，在进行闭环过电压保护测试时，测试指令对多个串联连接的晶闸管级回路进行自动逐级测试，其中，每次进行闭环过电压保护测试中，测试指令仅触发一个晶闸管级回路；测试装置向多个串联连接的晶闸管级回路施加触发电压，每次进行闭环过电压保护测试中，已触发的晶闸管级回路两端电压达到晶闸管过压保护定值。
13.在一实施例中，在进行闭环测试时，阀基电子设备检测晶闸管级回路的运行状态，得到回报信号，并将回报信号通过极控系统发送至上位机，进行后台显示。
14.本发明技术方案，具有如下优点：1.本发明提供的测试装置及换流阀系统的测试方法，采用分层分布式系统架构；测试装置用于生成多种试验电压，以模拟不同试验工况；同步对多个待测系统进行多种试验项目，并监测待测系统的运行状态，并基于监测结果，判断待测系统是否故障，从而实现在检修时间缩短前提下，实现试验项目全覆盖，可解决检修时间和检修项目矛盾，满足精益化检修要求。
15.2.本发明提供的测试装置及换流阀系统的测试方法，试验多种复合试验项目，试验项目涵盖换流阀、高压通信光纤和阀基电子设备的各种典型工况，在提高测试效率前提下，保证了测试多样性和全面性，可进一步提高换流阀可靠性。
16.3.本发明提供的换流阀系统的测试方法，通过换流阀系统外围接口信号全模拟的非侵入式闭环测试方法，实现不改变工程配置下的多级晶闸管级和阀控系统同步测试功能，在提高测试效率前提下，保证了测试等效性，可进一步提高换流阀可靠性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的换流阀系统的一个具体示例的组成图；图2为本发明实施例提供的测试装置的一个具体示例的组成图；图3为本发明实施例提供的测试装置的另一个具体示例的组成图；图4为本发明实施例提供的测试装置的另一个具体示例的组成图；图5为本发明实施例提供的测试方法的一个具体示例的流程图；图6为本发明实施例提供的开环测试回路的一个具体示例的示意图；图7为本发明实施例提供的闭环测试回路的一个具体示例的示意图。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
22.实施例1本发明实施例提供一种测试装置，应用于对多个待测系统同时测试的场合，测试装置采用分层分布式系统架构，每层具有不同的功能，例如：显示、试验人员手动操作、信号处理、提供试验电压等，在此不作限制。
23.本发明实施例的测试装置用于生成多种试验电压，以模拟不同试验工况，具体地，试验人员可以手动选择试验工况及试验项目，其中，本发明实施例可以试验多种复合试验项目，试验项目涵盖换流阀、高压通信光纤和阀基电子设备的各种典型工况，在提高测试效率前提下，保证了测试多样性和全面性，可进一步提高换流阀可靠性。试验项目可以包括：阻抗测试、低压测试和高压测试等。阻抗测试包括电阻值、电容值、多频阻抗值测试；低压测试包括短路试验、充电试验、储能试验、晶闸管级回报信号试验、低压触发试验；高压测试包括正向电压耐受试验和正向过电压保护触发试验，但仅以此为例，不以此为限制。
24.具体地，多个待测系统可以以串联形式或并联形式连接，测试装置依据试验工况及试验项目，对待测系统同时施加对应的试验电压，控制待测系统的运行状态，以模拟不同的试验工况及试验项目。
25.本发明实施例的测试装置监测待测系统的运行状态，和/或监测自己的运行状态，并基于监测结果，判断待测系统是否故障，其中，测试装置通过检测待测系统和/或自己的电气参数，以判断待测系统的运行状态，电气参数不仅限于电流、电压、功率等。
26.如图2所示，测试装置1包括：人机交互层11、微机控制层12及一次回路层13。
27.本发明实施例的试验人员通过人机交互层选择试验工况及试验项目，人机交互层基于试验工况及试验项目生成控制指令。
28.具体地，试验人员通过人机交互层的显示界面选择多种试验工况及试验项目，之后，人机交互层可以依据试验人员的选择多种试验工况和多种试验项目的顺序或其内部已定制的顺序，将试验工况、试验项目进行排序，生成控制指令，并发送至微机控制层，人机交互层还获取并显示微机控制层对待测系统及自身的运行状态的监测结果、判断结果，以备试验人员知晓。
29.本发明实施例的微机控制层对控制指令进行处理后，生成测试指令；监测待测系统的运行状态，并判断待测系统是否故障，人机交互层显示监测结果及判断结果。
30.本发明实施例的测试指令用于控制一次回路层向待测系统提供相应的试验电压，以模拟不同的试验工况；测试指令用于对触发待测系统执行对应的试验项目，其中测试指令通过控制待测系统的运行状态以进行对应的试验项目。
31.本发明实施例的微机控制层是试验装置的核心层，其首先对控制指令进行处理（处理过程可以包括解析等），生成测试指令，当需要进行多种试验项目、模拟多种试验工况时，测试指令并不是不变的，而是跟随试验项目、试验工况的顺序而变化，从而实现对待测系统的控制、监测、试验。
32.本发明实施例的一次回路层可以为受控电源，其基于测试指令向待测系统施加试验电压，以模拟试验工况。
33.在一具体实施例中，如图3所示，测试装置还包括：触发光纤及回报光纤。
34.本发明实施例的微机控制层通过触发光纤及回报光纤与待测系统连接，当待测系统为多个时，微机控制层通过多对光纤与每个待测系统连接，多对光纤包括触发光纤及回报光纤，多个待测系统可以串联或并联，图3中仅示出以串联连接方式连接的待测系统，在此不作限制。
35.本发明实施例的触发光纤用于传输测试指令；回报光纤用于传输待测系统回传的回报信号，微机控制层基于回报信号监测待测系统的运行状态，并判断待测系统是否故障。
36.本发明实施例的回报信号不仅限于触发回报信号、正向过电压回报信号和取能回报信号等，其中触发回报信号表征待测系统被正常触发，正向过电压回报信号表征当待测系统过电压时，其内部的保护电路能够正常工作时，取能回报信号表征待测系统能正常取能工作。
37.在一具体实施例中，如图4所示，测试装置还包括：多个待测系统串联连接，一次回路层通过多条高压电缆与多个待测系统串联连接后的两端并联连接，以同步向串联连接电路施加试验电压。
38.实施例2本发明实施例提供一种换流阀系统的测试方法，如图1所示，换流阀系统包括换流阀、极控系统、阀基电子设备及晶闸管触发监测单元，换流阀由多个桥臂构成，每个桥臂由多个晶闸管级回路串联连接构成。
39.本发明实施例1的测试装置与多个待测晶闸管回路串联连接后的两端连接，以为待测晶闸管回路施加试验电压，如图5所示，测试方法包括：
步骤s11：测试装置基于试验人员输入的至少一个试验工况及试验项目，生成测试指令，根据测试指令，同时向多个待测晶闸管级回路提供相应的试验电压，模拟不同的试验工况。
40.本发明实施例中，试验人员通过人机交互层选择需要模拟的试验工况以及试验项目，人机交互层基于试验工况及试验项目，人机交互层可以依据试验人员的选择多种试验工况和多种试验项目的顺序或其内部已定制的顺序，将试验工况、试验项目进行排序，生成控制指令，并发送至微机控制层。
41.本发明实施例中，微机控制层对控制指令进行解析等处理，生成测试指令，当需要进行多种试验项目、模拟多种试验工况时，测试指令并不是不变的，而是跟随试验项目、试验工况的顺序而变化，从而实现对待测系统的控制、监测、试验。
42.步骤s12：测试装置将测试指令直接发送至晶闸管触发监测单元，以对换流阀系统进行开环测试，或通过阀基电子设备发送至晶闸管触发监测单元，以对换流阀系统进行闭环测试。
43.本发明实施例中，测试指令不仅控制一次回路层向待测晶闸管级回路提供相应的试验电压，还通过控制待测晶闸管级回路的运行状态等，对待测晶闸管级回路进行多种试验项目，试验方法包括开环测试、闭环测试，其中，开环测试为开环触发测试，闭环测试包括闭环触发测试以及闭环过电压保护测试。
44.步骤s13：测试装置获取晶闸管触发监测单元或阀基电子设备回传的回报信号，监测待测晶闸管级回路的运行状态以及自身的运行状态，测试装置根据回报信号、待测晶闸管级回路的运行状态以及自身的运行状态，判断换流阀系统是否故障。
45.本发明实施例中，在对多个待测晶闸管级回路进行测试中，待测晶闸管级回路串联连接后的阴极连接到大地，以提供试验接地及保护接地。
46.本发明实施例通过待测晶闸管级回路外围接口信号全模拟的非侵入式闭环测试方法，实现不改变工程配置下的多级晶闸管级和阀控系统同步测试功能，在提高测试效率前提下，保证了测试等效性，可进一步提高换流阀可靠性。
47.具体地，本发明实施例中，在对多个待测晶闸管级回路进行开环测试时，测试回路如图6所示，测试回路由多个串联连接的待测晶闸管级回路、晶闸管触发监测单元以及测试装置构成。试验时，首先将待测晶闸管级回路与晶闸管触发监测单元之间的触发光纤及回报光纤拆下，然后将测试装置的触发光纤与回报光纤插到晶闸管触发监测单元，将两根高压电缆连接到多个待测晶闸管级回路构成的串联电路的两端，其中，高压端连接到晶闸管阳极，低压端连接到晶闸管阴极。之后，测试装置根据试验项目对串联电路施加不同工况的测试电压，以模拟待测晶闸管级回路不同运行工况，测试装置对每级晶闸管触发监测单元进行触发信号下发与回报信号检测，晶闸管触发监测单元触发或关断晶闸管以及监测待测晶闸管级回路的运行状态，其中，回波信号包括正常触发回报信号、正向过电压回报信号和取能回报信号，测试装置还监测待测晶闸管级回路的运行状态以及自身的运行状态，待测晶闸管级回路的运行状态包括：晶闸管导通、关断、电压值、电流值，自身的运行状态包括：电压和电流的速率，测试装置根据回报信号、待测晶闸管级回路的运行状态以及自身的运行状态判断待测晶闸管级回路是否故障。
48.具体地，本发明实施例中，在对多个待测晶闸管级回路进行闭环触发测试时，测试
回路如图7所示，测试回路由待测晶闸管级回路、晶闸管触发监测单元、阀基电子设备以及测试装置组成。试验时，首先将阀基电子设备投入测试模式，然后将测试装置两根高压电缆连接到多个待测晶闸管级回路构成的串联电路两端，高压端连接到晶闸管阳极，低压端连接到晶闸管阴极，并将测试装置的接口信号线连接到阀基电子设备，最后测试装置根据试验项目，对串联电路施加不同工况测试电压，模拟待测晶闸管级回路不同运行工况，向阀基电子设备发送测试指令，测试指令由触发晶闸管级数、触发晶闸管位置、触发时刻等构成，阀基电子设备根据收到测试指令对待测晶闸管级回路进行监控，以及阀基电子设备通过控制晶闸管触发监测单元控制待测晶闸管级回路的运行状态，并将晶闸管触发监测单元发送的回报信号通过极控系统后台显示，同时测试装置监控每级晶闸管导通、关断及保护动作的电压、电流值，根据回报信号、自身的电压和电流的速率等信息判断待测晶闸管级回路是否故障。
49.具体地，本发明实施例中，在进行闭环过电压保护测试时，测试回路如图7所示，测试回路由待测晶闸管级回路、晶闸管触发监测单元、阀基电子设备以及测试装置组成，闭环过电压保护测试与上述闭环触发测试相同，不同的是，闭环过电压保护测试的测试指令对多个串联连接的晶闸管级回路进行自动逐级测试，其中，每次进行闭环过电压保护测试中，测试指令仅触发一个晶闸管级回路；测试装置向多个串联连接的晶闸管级回路施加触发电压，每次进行闭环过电压保护测试中，已触发的晶闸管级回路两端电压达到晶闸管过压保护定值。
50.具体地，在对多级（如共m级）待测晶闸管回路进行闭环过电压保护测试时，m级晶闸管两端施加正常触发试验项目时的工频电压，通过测试装置和阀基电子设备，控制触发过电压保护测试的第n级晶闸管外的其他共m-1级晶闸管，使剩下原共m-1级晶闸管两端电压全部施加到剩下的第n级晶闸管两端，并达到晶闸管过压保护定值，验证此级晶闸管触发监测单元正向过压保护功能是否正常工作。根据测试装置内置的试验流程控制功能，自动逐级执行剩下m-1级的过电压保护试验，实现多级晶闸管的全自动测试。
51.本发明实施例的测试装置可应用于换流阀及阀基电子设备的研发测试、出厂测试及工程调试，验证换流阀及阀基电子设备的全部元件功能、参数、性能、保护逻辑、控制时序、信号接口及相互配合逻辑。
52.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。