±800 kV換流閥低壓加壓試驗(yàn)方法

郝克，張斌，敬濤，齊洪河

（山東送變電工程公司，濟(jì)南250022）

·經(jīng)驗(yàn)交流·

±800 kV換流閥低壓加壓試驗(yàn)方法

郝克，張斌，敬濤，齊洪河

（山東送變電工程公司，濟(jì)南250022）

隨著直流特高壓工程在遠(yuǎn)距離大功率輸電方面的日漸普及，提高直流特高壓工程質(zhì)量成為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。換流變壓器帶閥組低壓加壓試驗(yàn)作為分系統(tǒng)調(diào)試中檢驗(yàn)直流工程質(zhì)量的核心試驗(yàn)項(xiàng)目，存在誤差大、方法復(fù)雜等問(wèn)題。依托特高壓工程哈密南±800 kV換流站，對(duì)分系統(tǒng)調(diào)試中低壓加壓試驗(yàn)的內(nèi)容及方法進(jìn)行了詳細(xì)的歸納總結(jié)，創(chuàng)新性優(yōu)化了同步電壓的獲取方式，大大減小了試驗(yàn)誤差，同時(shí)對(duì)60°以上的觸發(fā)角進(jìn)行了計(jì)算及測(cè)試。并結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)極1低端的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，說(shuō)明了低壓加壓試驗(yàn)對(duì)于換流站核心設(shè)備（換流閥、換流變壓器、閥控系統(tǒng)）的功能檢測(cè)具有指導(dǎo)性作用，是分系統(tǒng)調(diào)試中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

特高壓直流；換流閥；低壓加壓試驗(yàn)；分系統(tǒng)調(diào)試

0 引言

直流輸電工程在換流閥進(jìn)行高壓充電前，必須先完成換流變壓器帶閥組的低壓加壓試驗(yàn)，目的在于檢查換流變壓器一次接線、換流閥觸發(fā)同步電壓、換流閥觸發(fā)控制電壓、換流變末屏分壓器電壓指示、一次電壓的相序及閥組觸發(fā)順序關(guān)系是否正確，低壓加壓試驗(yàn)的成功與否直接反映了相關(guān)環(huán)節(jié)的配合情況，對(duì)后續(xù)的系統(tǒng)調(diào)試也具有決定性影響。

本次低壓加壓試驗(yàn)依托哈鄭直流輸電工程中的哈密南±800 kV換流站，換流站直流場(chǎng)為雙極運(yùn)行方式，每極分別由高端及低端閥組構(gòu)成，通過(guò)旁通斷路器實(shí)現(xiàn)高端及低端的獨(dú)立運(yùn)行。各閥組均為12脈動(dòng)整流器，輸出電壓均為400 kV。

1 試驗(yàn)原理分析

1.1 電源

加壓設(shè)備主要由調(diào)壓變壓器和升壓變壓器組成，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器的電壓，來(lái)調(diào)節(jié)升壓變壓器的輸出電壓［1］，調(diào)壓變壓器的三相交流電源取自就近的檢修箱。變壓器宜采用YY接線宜減少變壓器高低壓側(cè)的相角誤差。單端低壓加壓試驗(yàn)接線如圖1所示。

圖1 主回路示意圖

1.2 同步電壓

電源提供的電壓較低，CCP閥控系統(tǒng)很難在進(jìn)線PT采到準(zhǔn)確的同步電壓，因此必須依靠其它方式為閥控提供同步電壓。以下根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出幾種為閥控系統(tǒng)提供同步電壓的方式。

1.2.1 調(diào)壓器輸出

電源用調(diào)壓變壓器與升壓變壓器均為YY接線方式，380V輸入與輸出給換流變壓器的實(shí)際電壓相角差很小，可以在380 V電源后接YY調(diào)壓器如圖1所示，將交流電降至100 V供閥控使用［2］，實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中調(diào)壓器輸出與升壓變壓器輸出的相角有9°誤差，為消除此誤差，需要在試驗(yàn)前進(jìn)行電壓核相及相位測(cè)試工作，并在實(shí)際觸發(fā)時(shí)將誤差計(jì)算進(jìn)去。

1.2.2 升壓變壓器輸出

現(xiàn)場(chǎng)升壓變?yōu)?80／1 000／15 000 V三側(cè)變壓器，試驗(yàn)過(guò)程中將380 V工頻電源接至1 kV側(cè)，用15 kV作為系統(tǒng)輸入，因此升壓變380 V側(cè)輸出為

現(xiàn)場(chǎng)采用CCP閥控裝置，電壓最高為180%額定電壓即線電壓180 V，144.4 V可以滿足閥控系統(tǒng)的電壓輸入要求，因此直接在380 V側(cè)取同步電壓作為閥控輸入，實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中有4°的相角差，試驗(yàn)誤差較小。

1.2.3 站用400 V輸出

由于調(diào)壓變電源取自380 V檢修箱，檢修箱電源相位與站用電母線PT采到的電壓相位一致，因此可以從站用電測(cè)控接試驗(yàn)線將電壓引至閥控作為同步電壓使用，試驗(yàn)過(guò)程中有6°相角差。

1.3 接線

直流側(cè)負(fù)載為符合計(jì)算條件的電阻器，在閥與穿墻套管間的管母處連接。

按照要求，極1中電普瑞閥每橋臂保留1只晶閘管，極2西整閥每橋臂保留5只晶閘管，其他晶閘管用試驗(yàn)線短接。并在閥兩側(cè)及負(fù)載處引出試驗(yàn)線接入測(cè)量裝置。

試驗(yàn)開始前，需要確保交流場(chǎng)相關(guān)斷路器和隔離開關(guān)在分位，接地開關(guān)在合位，直流場(chǎng)區(qū)域的旁通開關(guān)都應(yīng)在分位，閥廳內(nèi)的接地開關(guān)應(yīng)在分位。

1.4 測(cè)量設(shè)備

如圖1接線示意圖所示，共計(jì)7處需要記錄電流電壓波形或測(cè)量，由于儀器采樣通道數(shù)量限制，記錄需要分為兩組進(jìn)行。

第一組使用便攜式故障錄波器記錄：同步電壓Uac、Y-Y換流變閥側(cè)分壓器輸出的二次電壓UthyrY、Y-△換流變閥側(cè)分壓器輸出的二次電壓Uthyr△。Uac可以直接采自換流變網(wǎng)側(cè)CVT端子箱，UthyrY和Uthyr△取自換流變網(wǎng)側(cè)CT端子箱。

第二組使用MZ2000換流閥低壓加壓試驗(yàn)記錄分析儀記錄：Y-Y側(cè)輸出直流電壓UdY、Y-△側(cè)輸出直流電壓Ud△、電阻負(fù)載兩側(cè)電壓即換流閥輸出直流電壓Ud、換流閥輸出直流電流Id。以上4個(gè)波形都在閥廳內(nèi)測(cè)得。

1.5 直流控保

進(jìn)行低壓加壓試驗(yàn)時(shí)，一次系統(tǒng)的狀態(tài)是不具備解鎖條件的，而試驗(yàn)本身需要控制系統(tǒng)發(fā)出觸發(fā)脈沖，因此須在相應(yīng)的閥控主機(jī)上設(shè)置相關(guān)一次設(shè)備、二次設(shè)備的狀態(tài)，使系統(tǒng)滿足RFO條件。將本站試驗(yàn)極的極控主機(jī)打至運(yùn)行狀態(tài)，另一系統(tǒng)主機(jī)打至測(cè)試狀態(tài)，將要設(shè)置狀態(tài)的閥控主機(jī)打至運(yùn)行狀態(tài)，另一系統(tǒng)主機(jī)打至測(cè)試狀態(tài)。相應(yīng)保護(hù)主機(jī)切至值班狀態(tài)。狀態(tài)設(shè)置通過(guò)手動(dòng)置數(shù)進(jìn)行。

1）確定系統(tǒng)加上了同步電壓Uac。在界面上手動(dòng)觸發(fā)錄波，查看所加電壓幅值、相位是否正確。

2）將對(duì)應(yīng)PPR中直流低電壓保護(hù)退出，具體將PPR／POLEBIPO_PROT／MAIN／POLEPR／UVP_SETP中UVP_ENBL_DFLT信號(hào)置0，直流低電壓保護(hù)退出。

3）同步電壓采樣正確情況下，確認(rèn)收到各家VBE返回信號(hào)，PCP／IOCTRL／MAIN／BSQ／BSQ_3BLK中VBE_NOT_RDY信號(hào)為0。

4）對(duì)于中電普瑞所在極（S1P1）做低壓加壓試驗(yàn)，需要將CCP／DSP／Main／CPRYD中UV_TEST信號(hào)置1，將VBE置為測(cè)試模式，同時(shí)將CB_ON_TEST置1（其他廠家VBE不需要）。

5）將試驗(yàn)閥組所在極設(shè)為獨(dú)立控制狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整功率方向使試驗(yàn)閥組為整流狀態(tài)。

1.6 閥冷卻系統(tǒng)

低壓加壓是對(duì)換流閥和換流變一次接線的整體檢驗(yàn)，是換流閥正式解鎖之前非常重要的大型試驗(yàn)。進(jìn)行低壓加壓試驗(yàn)時(shí)，相關(guān)輔助系統(tǒng)也應(yīng)該一并參與試驗(yàn)［3］。閥冷卻系統(tǒng)是換流閥正常運(yùn)行的保障，要求在進(jìn)行低壓加壓試驗(yàn)之前，確保閥冷卻系統(tǒng)調(diào)試完成，并在低壓加壓試驗(yàn)過(guò)程中，保持正常運(yùn)行狀態(tài)。

1.7 試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

為了得到試驗(yàn)時(shí)電源容量和電阻值，必須進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)的計(jì)算。

圖2 試驗(yàn)參數(shù)示意圖

主要試驗(yàn)參數(shù)包括：閥臂晶閘管兩側(cè)電壓Uthyristor；換流變壓器閥側(cè)的額定電壓UVN；換流變壓器網(wǎng)側(cè)的額定電壓UaCN；施加在換流變一次側(cè)的線電壓Utest；輸出直流電流Id；直流側(cè)負(fù)載電阻Rd；電阻消耗的功率Presistor；Y-Y變閥側(cè)電壓UthyrY；Y-△變閥側(cè)電壓Uthyr△；換流閥輸出直流電壓Ud；Y-Y側(cè)輸出直流電壓UdY；Y-△側(cè)輸出直流電壓Ud△。

按照要求，極1中電普瑞閥每橋臂保留1只晶閘管，單只晶閘管兩端電壓應(yīng)大于800 V，故對(duì)于極1，Uthyristor≥800 V。

已知數(shù)據(jù)

導(dǎo)通前相電壓為閥上電壓（極1Uthyristor≥800 V取800 V）

無(wú)斷續(xù)情況下的輸出電壓

極1各試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算如下：

取相電壓800 V，由公式（5）可得

由于試驗(yàn)時(shí)，對(duì)變壓器相電壓的控制比較直觀，計(jì)算可得，滿足試驗(yàn)要求的最小相電壓為2 466.6 V，可取試驗(yàn)相電壓為2 500 V，得Utest=4 330 V。

計(jì)算得

由公式（6）可得15°時(shí)的輸出電壓

Rd取500 Ω由公式（7）可得負(fù)荷電流

30°時(shí)的負(fù)荷電流

45°時(shí)的負(fù)荷電流

由于負(fù)載為純阻性，觸發(fā)角為60°（臨界值）、75°及90°時(shí)負(fù)載側(cè)電流斷續(xù)。

2 試驗(yàn)步驟及結(jié)論

2.1 試驗(yàn)步驟

當(dāng)全部準(zhǔn)備工作完成，人員就位后，試驗(yàn)可以開始按照如下步驟進(jìn)行。

1）再次確保一次接線正確，測(cè)量錄波的測(cè)試線接線正確，后臺(tái)置數(shù)完成，閥冷卻系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)，確認(rèn)無(wú)誤后可開始試驗(yàn)；

2）拉開換流變壓器接地開關(guān)和閥廳的接地開關(guān)；

3）接通試驗(yàn)設(shè)備電源，確定試驗(yàn)電源相序正確，調(diào)壓器和升壓變壓器原邊副邊相序正常；

4）調(diào)整調(diào)壓器的電壓，按照上文所述計(jì)算結(jié)果調(diào)整電壓大小，當(dāng)電壓調(diào)整至合適水平，對(duì)換流變壓器充電；

5）檢查交流母線與閥兩側(cè)的電壓相序（沒(méi)有觸發(fā)脈沖），使用相序表測(cè)定交流母線側(cè)電壓相序，使用便攜式錄波器測(cè)定末屏分壓器電壓相序；

6）調(diào)整給CCP輸出同步電壓的調(diào)壓變壓器，使得副邊線電壓為100 V；

7）將換流變的一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)置為運(yùn)行狀態(tài)（當(dāng)試驗(yàn)完成后換到另外一個(gè)控制系統(tǒng)）；

8）上述狀態(tài)檢查正常后，將CCP／IOCTRL／MAIN／BSQ／BSQ_BPPO中LV_TEST信號(hào)置1，后臺(tái)顯示相應(yīng)閥組解鎖（164度解鎖），解鎖后將LV_TEST置0，調(diào)整CCP／DSP／MAIN／CCA中CCA_85為需要ALPHA值（由90度開始減?。?，置位CCP／DSP／MAIN／CCA中CCA_86，改變ALPHA_ORD；

9）需要時(shí)應(yīng)解除直流電壓異常保護(hù)，直流線路保護(hù)和角度過(guò)延時(shí)保護(hù)等一切與試驗(yàn)相關(guān)保護(hù)；

10）換流閥解鎖后，調(diào)整α以改變直流輸出，選擇α等于90°并緩慢降低到75°，60°，45°，30°，15°，用示波器檢查閥側(cè)各點(diǎn)電壓；

11）當(dāng)電壓降到0后，將CCP／IOCTRL／MAIN／BSQ／BSQ_2BLK中LOCK_TEST信號(hào)置1，閥組閉鎖，閉鎖后將BLOCK_TEST置0；

12）在斷開試驗(yàn)電源后合上接地開關(guān)，移除所有閥的臨時(shí)電纜，移除所有調(diào)壓變壓器、升壓變壓器、CVT連接箱、到CCP系統(tǒng)的臨時(shí)電纜以及所有其它控制系統(tǒng)中的臨時(shí)連接，檢查相應(yīng)置位信號(hào)并將其恢復(fù)為試驗(yàn)前狀態(tài)；

13）檢查所有地點(diǎn)、裝置、以及軟件系統(tǒng)以確認(rèn)臨時(shí)安排都被移除。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)中共接入阻性負(fù)載Rd=500 Ω；示波器測(cè)量電阻R′d=137 Ω；500 kV PT變比為530／100。

1）觸發(fā)角90°。

測(cè)試負(fù)載電壓有效值U′d90=295.2 V；

網(wǎng)側(cè)電壓有效值（取自500 kV PT）

負(fù)載電流測(cè)量有效值

負(fù)載電流理論有效值Id90=2.1 A。

90°觸發(fā)負(fù)載電壓及網(wǎng)側(cè)A相電壓波形如圖3～4所示。

圖3 90°負(fù)載電壓波形

圖4 90°網(wǎng)側(cè)電壓波形

2）觸發(fā)角75°。

測(cè)試負(fù)載電壓有效值U′d=398.6 V；

網(wǎng)側(cè)電壓有效值（取自500 kV PT）

負(fù)載電流有效值

負(fù)載電流理論有效值Id75=3.3 A。

75°觸發(fā)負(fù)載電壓及網(wǎng)側(cè)A相電壓波形如圖5～6所示。

圖5 75°負(fù)載電壓波形

圖6 75°網(wǎng)側(cè)電壓波形

3）觸發(fā)角60°。

測(cè)試負(fù)載電壓有效值U′d=563.6 V；

網(wǎng)側(cè)電壓有效值（取自500 kV PT）

負(fù)載電流有效值

負(fù)載電流理論有效值Id60=4.2 A。

60°觸發(fā)負(fù)載電壓及網(wǎng)側(cè)A相電壓波形如圖7～8所示。

圖7 60°負(fù)載電壓波形

圖8 60°網(wǎng)側(cè)電壓波形

4）觸發(fā)角45°。

測(cè)試負(fù)載電壓有效值U′d45=724.9 V；

網(wǎng)側(cè)電壓有效值（取自500 kV PT）

負(fù)載電流有效值

負(fù)載電流理論有效值Id45=5.4 A。

45°觸發(fā)負(fù)載電壓及網(wǎng)側(cè)A相電壓波形如圖9～10所示。

圖9 45°負(fù)載電壓波形

圖10 45°網(wǎng)側(cè)電壓波形

5）觸發(fā)角30°。

測(cè)試負(fù)載電壓有效值U′d30=859.5 V；

網(wǎng)側(cè)電壓有效值（取自500 kV PT）

負(fù)載電流有效值

負(fù)載電流理論有效值I′d30=6.6 A。

30°觸發(fā)負(fù)載電壓及網(wǎng)側(cè)A相電壓波形如圖11～12所示。

圖11 30°負(fù)載電壓波形

6）觸發(fā)角15°。

測(cè)試負(fù)載電壓有效值U′d15=943.6 V；

網(wǎng)側(cè)電壓有效值（取自500 kV PT）

圖12 30°網(wǎng)側(cè)電壓波形

負(fù)載電流有效值

負(fù)載電流理論有效值Id45=7.2 A。

15°觸發(fā)負(fù)載電壓及網(wǎng)側(cè)A相電壓波形如圖13～14所示。

圖13 15°負(fù)載電壓波形

圖14 15°網(wǎng)側(cè)電壓波形

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

一次接線。試驗(yàn)中對(duì)閥側(cè)及網(wǎng)側(cè)電壓進(jìn)行核相，檢查哈密南±800 kV換流站極1低端換流器一次接線正確（接線組別）。

觸發(fā)順序。CP發(fā)出正常，換流閥能按照正常順序觸發(fā)。

閥控。閥控與VBE通訊正常，閥組解鎖、閉鎖等相關(guān)操作正常。

輸出。輸出電流電壓誤差小，12脈動(dòng)波形正常。

信號(hào)及采樣。VBE回報(bào)信號(hào)正常、各處電流電壓采樣正常。

3 結(jié)語(yǔ)

低壓加壓試驗(yàn)是對(duì)換流器及閥控系統(tǒng)在低電壓、低電流環(huán)境下進(jìn)行的整組模擬運(yùn)行試驗(yàn)，通過(guò)檢測(cè)閥側(cè)、網(wǎng)側(cè)及負(fù)載側(cè)的相關(guān)電流電壓來(lái)驗(yàn)證換流器工作是否正常，對(duì)于換流站核心設(shè)備的功能檢測(cè)具有指導(dǎo)性作用，是換流閥、換流變壓器及其閥控系統(tǒng)在分系統(tǒng)調(diào)試交付站系統(tǒng)調(diào)試前必須進(jìn)行的試驗(yàn)。進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)方法，有效地減少試驗(yàn)誤差，可以極大地提高分系統(tǒng)調(diào)試的效率及質(zhì)量，對(duì)于未來(lái)特高壓直流輸電工程的普及和發(fā)展具有實(shí)用意義。

［1］劉耀，龐廣恒，李新年．特高壓直流輸電工程調(diào)試換流閥低壓加壓試驗(yàn)時(shí)直流電壓異常跌落分析［J］．高電壓技術(shù)，2013，39（3）：623－629．

［2］孔圣立，王君亮，石光，等．750 MW換流站高壓晶閘管換流閥低壓加壓試驗(yàn)分析［J］．現(xiàn)代電力，2011，38（1）：24－27．

［3］丁一工，康健，金濤．高壓直流換流閥的低壓加壓試驗(yàn)研究［J］．湖北電力，2003，27（1）：20－26．

Experimental Methods of Converter Valves Low Voltage Energization Testing in±800 kV Converter Station

HAO Ke，ZHANG Bin，JING Tao，QI Honghe
（Shandong Electric Power T&T Engineering Company，Jinan 250022，China）

With the increasing popularity of ultra high voltage direct current project in large capacity and long distance power transmission，a better quality of ultra high voltage direct current project has become the premise and basis for the safety and stability of the power system.As the core test of the quality of direct current projects in subsystem commissioning，converter valves low voltage test has problems such as existing error，complicated method，etc.Based on the practical experience of South Hami±800kV converter station，a detailed summarization about the content and method of the low voltage test in subsystem commissioning is given.Acquisition method of synchronous voltage is optimized and errors are greatly reduced.In the meantime，the firing angle more than 60°are calculated and tested.Also，experimental data of low-end pole-one at the project site is analyzed and studied.It is pointed out that the low voltage test plays a guiding role in the function detection of converter station’s core equipment（converter valves，converter transformers，valve system）and is indispensable in subsystem commissioning.

ultra high voltage direct current；converter valves；low voltage test；subsystem commissioning

TM461

A

1007－9904（2015）03－0043－06

2014－10－15

郝克（1989），男，助理工程師，從事繼電保護(hù)調(diào)試工作；

張斌（1979），男，工程師，從事繼電保護(hù)調(diào)試及項(xiàng)目管理工作；

敬濤（1978），男，工程師，從事繼電保護(hù)調(diào)試及項(xiàng)目管理工作；

齊洪河（1986），男，從事現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作。