一種±800 kV直流換流閥技術(shù)改進(jìn)方案及驗(yàn)證

郝長(zhǎng)城，王華鋒，楊萬(wàn)開(kāi)，王斌澤，周亮

(1.國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，北京市 102209；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市 100192；3.中電普瑞電力工程有限公司，北京市 102200)

一種±800 kV直流換流閥技術(shù)改進(jìn)方案及驗(yàn)證

郝長(zhǎng)城1，王華鋒1，楊萬(wàn)開(kāi)2，王斌澤1，周亮3

(1.國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，北京市 102209；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市 100192；3.中電普瑞電力工程有限公司，北京市 102200)

哈密—鄭州±800 kV直流輸電工程哈密南換流站極Ⅱ低端換流閥技術(shù)改進(jìn)工程是國(guó)內(nèi)首次對(duì)國(guó)外品牌換流閥進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的工程。首先對(duì)原國(guó)外品牌換流閥的技術(shù)缺陷及相應(yīng)技術(shù)改進(jìn)方案進(jìn)行了介紹。然后對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)分系統(tǒng)調(diào)試、站系統(tǒng)調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試等方案的設(shè)計(jì)和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行梳理。最后對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)式情況進(jìn)行了介紹，結(jié)果顯示，改進(jìn)后的換流閥直流均壓電阻運(yùn)行溫度顯著降低，晶閘管狀態(tài)檢測(cè)機(jī)制更加完善。試驗(yàn)中未出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)作或故障跳閘等錯(cuò)誤，未出現(xiàn)換相失敗等異常問(wèn)題,改進(jìn)后的換流閥性能參數(shù)滿足工程設(shè)計(jì)要求。

高壓直流輸電(HVDC)；換流閥；型式試驗(yàn)；工程調(diào)試

0 引 言

哈密—鄭州±800 kV特高壓直流輸電工程(以下簡(jiǎn)稱哈鄭工程)是國(guó)家“疆電外送”的首個(gè)特高壓項(xiàng)目，是我國(guó)“西電東送”能源戰(zhàn)略的重要組成部分。工程西起新疆維吾爾自治區(qū)哈密地區(qū)的哈密南換流站，東至河南省鄭州市鄭州換流站，輸電距離約為 2 210 km，額定功率為8 000 MW，額定電壓為 ±800 kV，額定電流為5 000 A[1]。

哈鄭工程哈密南換流站極Ⅱ低端換流閥采用某國(guó)外品牌。在國(guó)內(nèi)多個(gè)已投運(yùn)直流輸電工程中發(fā)現(xiàn)，該換流閥存在部分設(shè)計(jì)缺陷，為了提升工程運(yùn)行的可靠性，國(guó)家電網(wǎng)公司決定在哈密南換流站對(duì)該換流閥進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。改進(jìn)后的換流閥于2015年1月30日通過(guò)工程調(diào)試和試運(yùn)行，正式投入商業(yè)運(yùn)行。

本文對(duì)該國(guó)外品牌換流閥在工程運(yùn)行中出現(xiàn)的直流均壓電阻溫度過(guò)高，在逆變側(cè)運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)換相失敗等問(wèn)題進(jìn)行介紹，并提出將直流均壓電阻外移、替換閥基電子設(shè)備(valve base electronics, VBE)、完善軟件保護(hù)邏輯等相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)方案。將本文提出的技術(shù)改進(jìn)方案應(yīng)用于哈鄭工程哈密南換流站極Ⅱ低端換流閥的改進(jìn)中。改進(jìn)后的換流閥順利通過(guò)了型式試驗(yàn)和例行試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)分系統(tǒng)調(diào)試、站系統(tǒng)調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試等一系列試驗(yàn)驗(yàn)證。

本次換流閥技術(shù)改進(jìn)是國(guó)內(nèi)首個(gè)對(duì)已投運(yùn)的國(guó)外換流閥進(jìn)行的技術(shù)改進(jìn)工程，是國(guó)外換流閥技術(shù)和國(guó)內(nèi)換流閥技術(shù)的首次融合。此類直流輸電工程國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有相關(guān)工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)供借鑒。本文重點(diǎn)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行介紹，對(duì)試驗(yàn)方案的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)和梳理。

1 換流閥技術(shù)改進(jìn)方案

1.1 該國(guó)外品牌換流閥主要設(shè)計(jì)缺陷

在±800 kV直流輸電工程復(fù)龍站、錦屏站的實(shí)際運(yùn)行及哈密換流站的建站工程調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，該國(guó)外品牌換流閥主要存在以下設(shè)計(jì)缺陷[2-3]。

(1)大功率的直流均壓電阻設(shè)置在晶閘管觸發(fā)監(jiān)測(cè)板上而沒(méi)有相應(yīng)的散熱措施，使該器件運(yùn)行溫度長(zhǎng)期在90 ℃以上，對(duì)電阻自身及周圍元器件的使用壽命存在不利影響，并影響換流閥長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(2) 由于VBE的觸發(fā)監(jiān)控邏輯不夠完善，逆變運(yùn)行狀態(tài)下反向恢復(fù)期保護(hù)有誤動(dòng)作的現(xiàn)象，引起晶閘管狀態(tài)檢測(cè)錯(cuò)誤，或逆變運(yùn)行時(shí)發(fā)生換相失敗等問(wèn)題。

(3)換流閥阻尼電阻水容積較小，偏小的冷卻容量導(dǎo)致閥冷卻系統(tǒng)低流量保護(hù)動(dòng)作延時(shí)過(guò)短。該國(guó)外品牌換流閥低流量保護(hù)動(dòng)作延時(shí)為3 s，低于采用其他技術(shù)路線的換流閥的設(shè)計(jì)水平。

1.2 技術(shù)改進(jìn)方案

本次技術(shù)改進(jìn)主要針對(duì)晶閘管觸發(fā)監(jiān)測(cè)板、阻尼電阻、直流均壓電阻、VBE和通信光纜等部件。針對(duì)上述技術(shù)缺陷，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)仿真分析、理論計(jì)算和電氣試驗(yàn)，最終確定在不改變換流閥整體結(jié)構(gòu)的前提下，采用運(yùn)行可靠性較高的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的A5000型換流閥設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)該換流閥進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

1.2.1 改進(jìn)直流均壓回路設(shè)計(jì)

原換流閥的直流均壓電阻安裝在TFM板卡上，導(dǎo)致TFM板溫度偏高。為了解決該問(wèn)題，采用A5000型換流閥直流均壓回路設(shè)計(jì)技術(shù)將直流均壓電阻從原觸發(fā)監(jiān)測(cè)板中移出，并安裝在水冷散熱器表面。通過(guò)此項(xiàng)改進(jìn)可增大直流均壓電阻散熱效率，降低運(yùn)行溫度，提高換流閥防火性能。由于更換了晶閘管觸發(fā)監(jiān)測(cè)單元，重新設(shè)計(jì)的直流均壓電阻阻值由500 kΩ變更為102 kΩ，其運(yùn)行功率減小為30 W。

1.2.2 改進(jìn)阻尼回路設(shè)計(jì)

采用A5000型換流閥阻尼電阻設(shè)計(jì)技術(shù)研發(fā)新的具有大冷卻容量的阻尼電阻替代原阻尼電阻，并改單電阻結(jié)構(gòu)為雙電阻并聯(lián)結(jié)構(gòu)。完成該項(xiàng)改進(jìn)后，阻尼電阻水容積得到了提升，電阻體積增大后，水容量增加了0.366 L，整個(gè)閥模塊約增加10.98 L。改進(jìn)示意圖如圖1所示。

圖1 阻尼電阻改進(jìn)示意圖Fig.1 Improvement of damping resistor

1.2.3 升級(jí)晶閘管觸發(fā)監(jiān)測(cè)板設(shè)計(jì)

依據(jù)A5000型換流閥晶閘管觸發(fā)監(jiān)測(cè)板設(shè)計(jì)技術(shù)，研制可靠性更高的新型換流閥晶閘管觸發(fā)監(jiān)測(cè)板替代原國(guó)外技術(shù)產(chǎn)品，加入了阻燃板等防火措施，并采用垂直插拔和U型槽固定的方式，有效減少換流閥運(yùn)行過(guò)程中，振動(dòng)對(duì)板卡所產(chǎn)生的影響，并降低火災(zāi)發(fā)生概率。改進(jìn)示意圖如圖2所示。

圖2 觸發(fā)監(jiān)測(cè)單元改進(jìn)示意圖Fig.2 Improvement of trigger monitoring unit

1.2.4 完善換流閥觸發(fā)與保護(hù)邏輯功能設(shè)計(jì)

采用接口技術(shù)成熟的A5000型換流閥VBE替代原VBE，消除原VBE的邏輯設(shè)計(jì)缺陷。用A5000型換流閥高壓光纖替換原有光纖和信號(hào)傳輸電纜，使VBE、換流閥觸發(fā)監(jiān)測(cè)單元、控制保護(hù)系統(tǒng)間信號(hào)全部采用光信號(hào)傳輸，使二次系統(tǒng)間配合更加穩(wěn)定、可靠。

2 技術(shù)改進(jìn)方案廠內(nèi)驗(yàn)證試驗(yàn)

按照上述技術(shù)改進(jìn)方案完成對(duì)換流閥模塊的一系列改進(jìn)后，依據(jù)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其電氣性能進(jìn)行校核與試驗(yàn)驗(yàn)證。廠內(nèi)試驗(yàn)主要包括型式試驗(yàn)和例行試驗(yàn)2部分。

2.1 型式試驗(yàn)

型式試驗(yàn)是對(duì)換流閥運(yùn)行性能、電氣應(yīng)力、損耗及散熱特性等進(jìn)行的全面測(cè)試，是對(duì)改進(jìn)方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)和水路設(shè)計(jì)是否滿足工程運(yùn)行要求的最基本驗(yàn)證。按照IEC 60700—1《高壓直流輸電晶閘管閥—第1部分》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)完成技術(shù)改進(jìn)的換流閥進(jìn)行表1所列的型式試驗(yàn)[4]。

表1 改進(jìn)后換流閥型式試驗(yàn)項(xiàng)目

Table 1 Type test items of improved thyristor valve

2.2 例行試驗(yàn)

例行試驗(yàn)主要完成對(duì)改進(jìn)后的閥模塊進(jìn)行逐個(gè)晶閘管級(jí)觸發(fā)性能測(cè)試、耐壓性能和水路密封性的出廠測(cè)試試驗(yàn)。具體包括閥模塊外觀檢查、阻尼回路參數(shù)測(cè)量、觸發(fā)監(jiān)測(cè)單元功能測(cè)試、晶閘管級(jí)低壓觸發(fā)測(cè)試、晶閘管級(jí)交流耐壓試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)等。

2.3 試驗(yàn)情況及結(jié)論

2.3.1 型式試驗(yàn)

本次換流閥改進(jìn)后的型式試驗(yàn)均嚴(yán)格按照IEC 60700—1標(biāo)準(zhǔn)完成，試驗(yàn)結(jié)果合格。具體的試驗(yàn)接線、試驗(yàn)方法本文不再贅述。

試驗(yàn)中換流閥最大持續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)電流達(dá)5 300 A，最大暫態(tài)運(yùn)行負(fù)載試驗(yàn)時(shí)間達(dá)10 s。以上試驗(yàn)結(jié)果表明換流閥改進(jìn)后，運(yùn)行特性、絕緣配合設(shè)計(jì)滿足工程運(yùn)行要求。

2.3.2 例行試驗(yàn)

改進(jìn)后的換流閥閥模塊均通過(guò)了全部例行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，晶閘管級(jí)阻尼回路與觸發(fā)監(jiān)測(cè)單元配合良好，具有正常完成晶閘管同步觸發(fā)和過(guò)電壓保護(hù)等功能。閥組件交流耐壓性能良好。改進(jìn)后的水路沒(méi)有出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，晶閘管級(jí)長(zhǎng)期低壓觸發(fā)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生元器件過(guò)熱現(xiàn)象。

3 工程調(diào)試方案及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 本次工程調(diào)試方案制定依據(jù)

本次換流閥技術(shù)改進(jìn)工程調(diào)試方案調(diào)試項(xiàng)目的確定參考了“三?！薄ⅰ叭龔V”、“錦蘇”、“哈鄭”等工程調(diào)試方案，并結(jié)合此次換流閥技術(shù)改進(jìn)工程的技術(shù)特殊性對(duì)常規(guī)的工程試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了必要的調(diào)整和精簡(jiǎn)[3-5]。

本次換流閥技術(shù)改進(jìn)工程調(diào)試方案主要基于本工程的以下特殊性進(jìn)行編制。

(1)本次換流閥技術(shù)改進(jìn)工程是基于已投運(yùn)的換流閥進(jìn)行的，是對(duì)換流閥進(jìn)行的局部改進(jìn)。經(jīng)計(jì)算分析，改動(dòng)部分對(duì)原換流閥整體絕緣性能等一次設(shè)備參數(shù)無(wú)影響。

(2)本次換流閥技術(shù)改進(jìn)工程分系統(tǒng)調(diào)試范圍只包括換流閥、VBE及控制保護(hù)中與VBE接口的設(shè)備。對(duì)其他未改動(dòng)設(shè)備不再重復(fù)分系統(tǒng)調(diào)試。

(3)本次工程調(diào)試的試驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證改進(jìn)后，二次設(shè)備邏輯配合的正確性，一次設(shè)備不是主要的試驗(yàn)對(duì)象。

(4)基于A5000型換流閥設(shè)計(jì)技術(shù)的換流閥，已具備包括哈密南換流站極Ⅰ在內(nèi)的多個(gè)直流輸電工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，其在哈密南換流站的應(yīng)用可靠性在建站試驗(yàn)中已經(jīng)得到充分驗(yàn)證，對(duì)相關(guān)換流閥保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)等內(nèi)容可以進(jìn)行適度精簡(jiǎn)。

(5)哈鄭工程在此次換流閥技術(shù)改進(jìn)前已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行近1年，換流變、直流場(chǎng)、交流場(chǎng)、輸電線路等設(shè)備的可靠性已經(jīng)得到了充分驗(yàn)證，此次工程系統(tǒng)調(diào)試不必重復(fù)相關(guān)的設(shè)備試驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)工程調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目的科學(xué)精簡(jiǎn)可以有效縮短工程工期，節(jié)約工程成本。

3.2 本次工程調(diào)試項(xiàng)目

基于以上工程調(diào)試方案設(shè)計(jì)依據(jù)，本次換流閥改進(jìn)工程的分系統(tǒng)、站系統(tǒng)和系統(tǒng)調(diào)試項(xiàng)目如表2所示[5-11]。

通過(guò)以上試驗(yàn)項(xiàng)目可以全面驗(yàn)證本次換流閥技術(shù)改進(jìn)后，直流系統(tǒng)一次和二次設(shè)備功能的正確性和運(yùn)行的可靠性。

3.3 調(diào)試技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本次工程調(diào)試對(duì)象不同于以往所有的直流輸電工程換流站，其一次核心設(shè)備換流閥是在不改變?cè)瓝Q流閥一次主結(jié)構(gòu)的前提下，通過(guò)對(duì)閥上阻尼電阻、觸發(fā)監(jiān)測(cè)板、VBE等設(shè)備，采用國(guó)內(nèi)換流閥技術(shù)進(jìn)行的局部改進(jìn)。盡管2種技術(shù)路線的換流閥均具備成熟的工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，但2種技術(shù)融合后的換流閥工程調(diào)試尚屬首次。

表2 哈密南換流閥改進(jìn)工程調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目

Table 2 Improvement project commissioning

items of Southern Hami converter

3.3.1 對(duì)不同技術(shù)路線換流閥工程調(diào)試技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新性的技術(shù)融合

分系統(tǒng)調(diào)試中，主要采用A5000型換流閥分系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)，結(jié)合改進(jìn)后換流閥的一次元件參數(shù)變化理論計(jì)算值和原換流閥晶閘管等元件保護(hù)閾值設(shè)定值，確定分系統(tǒng)調(diào)試項(xiàng)目和調(diào)試方案。

在站系統(tǒng)調(diào)試和系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中充分考慮換流閥電抗器、晶閘管等主體一次設(shè)備元件為國(guó)外產(chǎn)品和觸發(fā)監(jiān)測(cè)單元、VBE等二次設(shè)備元件為國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的特點(diǎn)，在驗(yàn)證控制配合的正確性和可靠性上增加了擾動(dòng)試驗(yàn)等試驗(yàn)內(nèi)容，達(dá)到重點(diǎn)驗(yàn)證一次設(shè)備和二次設(shè)備控制接口是否正確的目的。

3.3.2 對(duì)常規(guī)的工程調(diào)試試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)精簡(jiǎn)

本次換流閥技術(shù)改進(jìn)工程是基于原已投運(yùn)工程設(shè)備進(jìn)行的局部改進(jìn)，整個(gè)技術(shù)改進(jìn)方案只涉及換流閥相關(guān)部分。對(duì)換流變、直流線路等其他主要設(shè)備無(wú)任何變動(dòng)。如果仍按照以往常規(guī)工程進(jìn)行全部試驗(yàn)項(xiàng)目，必將帶來(lái)不必要的人力和物力浪費(fèi)。

本次系統(tǒng)調(diào)試方案結(jié)合本次換流閥改進(jìn)工程實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)常規(guī)直流工程調(diào)試項(xiàng)目進(jìn)行了細(xì)致梳理和仔細(xì)分析。對(duì)不必重復(fù)的試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行合理精簡(jiǎn)，對(duì)本次改進(jìn)所引起的如觸發(fā)監(jiān)測(cè)單元與晶閘管、VBE配合是否正確等新的試驗(yàn)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)擾動(dòng)試驗(yàn)。在保證工程質(zhì)量的前提下，將常規(guī)直流工程建設(shè)所需數(shù)月的系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間縮短為數(shù)周。

3.3.3 擾動(dòng)試驗(yàn)(VBE在線更換板卡)

與以往直流工程調(diào)試試驗(yàn)相比，本次換流閥技術(shù)改進(jìn)工程，在系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目中首次進(jìn)行了線路帶功率工況下的VBE在線更換主控板的系統(tǒng)擾動(dòng)試驗(yàn)。

VBE等換流站二次設(shè)備可在線更換板卡一直是直流工程建設(shè)招標(biāo)規(guī)范中對(duì)換流站二次設(shè)備設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要要求指標(biāo)。為進(jìn)一步嚴(yán)格驗(yàn)證此次改進(jìn)后的換流閥二次系統(tǒng)配合的可靠性，本次系統(tǒng)試驗(yàn)中首次增加了線路帶負(fù)載的在線更換主控板的試驗(yàn)項(xiàng)目。

其具體試驗(yàn)步驟包括：

(1)哈密南換流站極Ⅱ低端換流器帶電，輸送功率400 MW；

(2)CCP-A切換至“試驗(yàn)”狀態(tài)；

(3)拔出VBE-A主控板A 并更換另外一塊主控板；

(4)待VBE-A工作正常后，將CCP-A切換至“備用”狀態(tài)；

(5)整個(gè)過(guò)程核實(shí)極Ⅱ低端換流器運(yùn)行是否正常。

本次系統(tǒng)調(diào)試成功完成了該項(xiàng)擾動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)中系統(tǒng)無(wú)任何擾動(dòng)或其他異常。

4 工程調(diào)試情況及調(diào)試結(jié)果

4.1 工程調(diào)試情況概述

本次工程調(diào)試工作從2014年12月23日閥塔吊裝完畢開(kāi)始，至1月24日結(jié)束。工程調(diào)試經(jīng)過(guò)分系統(tǒng)調(diào)試、站系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試3個(gè)階段。

4.2 分系統(tǒng)調(diào)試部分

4.2.1 換流閥水壓試驗(yàn)

由于改進(jìn)了阻尼電阻設(shè)計(jì)，原換流閥水卻冷系統(tǒng)發(fā)生變動(dòng)，所以進(jìn)行了水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，換流閥水路設(shè)計(jì)滿足水壓試驗(yàn)要求，水壓0.6 MPa下無(wú)滲漏。同時(shí)改進(jìn)后的阻尼電阻水容量由0.052 L增加至0.418 L，整個(gè)閥模塊約增加了10.98 L，冷卻容量大幅增加。系統(tǒng)低流量保護(hù)動(dòng)作延時(shí)定值可由原來(lái)的3 s延長(zhǎng)為8 s。

4.2.2 換流閥單級(jí)測(cè)試

換流閥單級(jí)測(cè)試是用于閥塔吊裝完成后對(duì)晶閘管級(jí)的逐級(jí)自檢性測(cè)試。單級(jí)測(cè)試試驗(yàn)回路包括換流閥、光纖、VBE和報(bào)文系統(tǒng)等。包括低壓測(cè)試和高壓測(cè)試2部分內(nèi)容，是對(duì)換流閥一次設(shè)備與VBE等二次設(shè)備功能的全面測(cè)試[12-13]。

現(xiàn)場(chǎng)單級(jí)測(cè)試結(jié)果表明，改進(jìn)后的換流閥VBE與換流閥晶閘管級(jí)之間的觸發(fā)保護(hù)和回報(bào)功能正確，報(bào)文系統(tǒng)功能正常。直流均壓回路、阻尼回路等一次設(shè)備參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。原換流閥一次設(shè)備與改進(jìn)后的VBE等二次設(shè)備配合良好。

4.2.3 VBE與控制保護(hù)系統(tǒng)接口測(cè)試

VBE與控制保護(hù)系統(tǒng)接口測(cè)試用于驗(yàn)證兩者之間接口信號(hào)邏輯設(shè)計(jì)是否正確?，F(xiàn)場(chǎng)接口測(cè)試結(jié)果表明，改進(jìn)后的換流閥、VBE與控制保護(hù)系統(tǒng)接口符合設(shè)計(jì)要求。在后續(xù)的站系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試和工程運(yùn)行中沒(méi)有出現(xiàn)由接口設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)故障的問(wèn)題。

4.2.4 換流閥低壓加壓試驗(yàn)

低壓加壓試驗(yàn)是對(duì)一次回路接線是否正確的驗(yàn)證，也是對(duì)控制保護(hù)系統(tǒng)與由VBE和觸發(fā)監(jiān)測(cè)板構(gòu)成的換流器觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)功能是否正常的驗(yàn)證?，F(xiàn)場(chǎng)低壓加壓試驗(yàn)順利，一次設(shè)備接線正確，換流閥觸發(fā)功能正常。

4.3 站系統(tǒng)調(diào)試部分

4.3.1 極II低端換流變壓器帶電試驗(yàn)

主要進(jìn)行換流變充電試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，換流閥觸發(fā)脈沖的相位正確，避雷器沒(méi)有動(dòng)作。晶閘管元件故障監(jiān)測(cè)裝置正常[4]。

4.3.2 極II低端換流器不帶線路開(kāi)路試驗(yàn)

本試驗(yàn)重點(diǎn)監(jiān)視極II低端閥廳設(shè)備。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)啟動(dòng)和停止操作順序正確，電壓變化停止和解除指令能正確執(zhí)行。直流電壓穩(wěn)定，與觸發(fā)角關(guān)系正確，沒(méi)有意外的保護(hù)跳閘動(dòng)作。

4.3.3 極II低端換流器帶線路開(kāi)路試驗(yàn)

本試驗(yàn)重點(diǎn)監(jiān)視極II低端閥廳設(shè)備，特別是檢查改進(jìn)后換流器的觸發(fā)功能及解鎖換流器的電壓耐受能力，同時(shí)檢查線路開(kāi)路試驗(yàn)控制順序的正確性。試驗(yàn)結(jié)果表明，直流電壓穩(wěn)定，設(shè)備絕緣正常[4]。

4.4 系統(tǒng)調(diào)試部分

4.4.1 初始運(yùn)行試驗(yàn)(功率正送)

重點(diǎn)驗(yàn)證直流系統(tǒng)的基本啟停功能、手動(dòng)系統(tǒng)切換和手動(dòng)緊急停運(yùn)功能，校核模擬量數(shù)據(jù)采集是否正確。內(nèi)容包括：換流器初始運(yùn)行試驗(yàn)、極起停/手動(dòng)閉鎖、控制系統(tǒng)手動(dòng)切換、控制模式轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)緊急停運(yùn)及穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)等[4,8]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，直流系統(tǒng)的起動(dòng)/停運(yùn)和緊急停運(yùn)功能正常，換流器控制系統(tǒng)切換時(shí)直流輸送功率平穩(wěn)無(wú)擾動(dòng)。整流站與逆變站直流控制模式之間的轉(zhuǎn)換平穩(wěn)。

4.4.2 保護(hù)跳閘試驗(yàn)(功率正送)

在整流和逆變兩側(cè)進(jìn)行，檢驗(yàn)由不同地點(diǎn)發(fā)出的跳閘閉鎖時(shí)序是否正確，以及保護(hù)動(dòng)作跳閘時(shí)序是否正常。內(nèi)容包括整流站模擬接地極開(kāi)路Ⅲ段跳閘X閉鎖等。

試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后閥控系統(tǒng)整流及逆變跳閘時(shí)序正確，閥短路跳閘保護(hù)功能可以正常啟動(dòng)，可為直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障。

4.4.3 VBE擾動(dòng)試驗(yàn)

模擬直流線路故障，檢驗(yàn)直流系統(tǒng)再啟動(dòng)功能，檢驗(yàn)冗余設(shè)備的平滑轉(zhuǎn)換對(duì)直流傳輸是否存在擾動(dòng)[14]。內(nèi)容包括： VBE切換、控制保護(hù)與VBE接口功能驗(yàn)證、換流器晶閘管級(jí)故障跳閘、控制系統(tǒng)電源故障、控制信號(hào)丟失、在線更換板卡、直流線路故障模擬等試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的閥控系統(tǒng)發(fā)生上述擾動(dòng)時(shí)，控制保護(hù)系統(tǒng)能正常動(dòng)作，無(wú)意外的保護(hù)故障跳閘。VBE能正常執(zhí)行系統(tǒng)切換、保護(hù)性跳閘等換流閥保護(hù)邏輯。晶閘管級(jí)觸發(fā)監(jiān)測(cè)板能正常完成正向過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，并通過(guò)VBE準(zhǔn)確上報(bào)發(fā)生保護(hù)的晶閘管級(jí)位置報(bào)文。帶負(fù)載在線更換板卡擾動(dòng)試驗(yàn)錄波見(jiàn)圖3。

圖3 帶負(fù)載在線更換板卡擾動(dòng)試驗(yàn)錄波Fig.3 Wave record of anti-interference test of online replacement of PCB

4.4.4 單換流器在線投切試驗(yàn)

在線投切12脈動(dòng)換流器試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)換流器在投退過(guò)程中，直流系統(tǒng)發(fā)生平滑、輕微的擾動(dòng)后，直流電壓和功率是否能夠平滑變化，以檢查在雙極運(yùn)行方式下，極II低端單換流器的投切性能，以及對(duì)另一極運(yùn)行的影響[15]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后換流器在帶電投入/退出過(guò)程中，直流系統(tǒng)產(chǎn)生輕微、平滑的擾動(dòng)后，直流電壓和功率能夠平滑變化，配合換流器投入的高速開(kāi)關(guān)和各隔離刀閘的開(kāi)斷滿足設(shè)計(jì)要求。沒(méi)有出現(xiàn)改進(jìn)前的換相失敗或保護(hù)誤動(dòng)作問(wèn)題。

4.4.5 額定負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)

檢查整個(gè)直流輸電系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的輸電能力，檢查閥冷卻水、主要設(shè)備和母線的溫度，重點(diǎn)考察經(jīng)技術(shù)改進(jìn)后的VBE及換流閥設(shè)備的性能是否穩(wěn)定。試驗(yàn)內(nèi)容主要包括大地回線方式下，1.0 pu額定功率運(yùn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，手動(dòng)調(diào)節(jié)換流變分接頭時(shí)，換流器運(yùn)行點(diǎn)在規(guī)定的開(kāi)通角、關(guān)斷角及直流電壓的限值范圍內(nèi)。電流升降過(guò)程中，改進(jìn)后的換流閥工作穩(wěn)定，閥控系統(tǒng)工作正常。

試驗(yàn)中對(duì)閥冷卻系統(tǒng)溫度及閥上直流均壓電阻溫度等參數(shù)進(jìn)行了實(shí)際監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，閥冷卻系統(tǒng)進(jìn)出水溫差比原來(lái)僅增大了0.014 3 ℃，而直流均壓電阻的運(yùn)行溫度卻由原來(lái)的90～100 ℃下降到62 ℃以下。所有設(shè)備的溫升均控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

本文提出的換流閥改進(jìn)方案通過(guò)了型式試驗(yàn)和例行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果顯示，換流閥相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)滿足工程需求。

(1)現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)過(guò)程中直流均壓電阻運(yùn)行溫度始終保持在58～60 ℃，在額定負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)中最高為62 ℃，直流均壓電阻運(yùn)行溫度顯著降低。

(2)晶閘管狀態(tài)檢測(cè)機(jī)制完善，系統(tǒng)上電時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)晶閘管故障誤報(bào)及誤跳閘現(xiàn)象。VBE跳閘信號(hào)切換邏輯正確，試驗(yàn)中未出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)或故障跳閘等錯(cuò)誤。

哈密—鄭州±800 kV特高壓直流輸電工程哈密南換流站極Ⅱ低端換流閥技術(shù)改進(jìn)工程于2015年1月30日投入商業(yè)運(yùn)行以來(lái)已穩(wěn)定運(yùn)行近1年。此次對(duì)國(guó)外換流閥的技術(shù)改進(jìn)方案和系統(tǒng)試驗(yàn)方法可為今后直流工程調(diào)試提供參考。

[1]印永華，楊萬(wàn)開(kāi)，李新年，等.哈密南—鄭州±800 kV特高壓直流輸電工程天山站極II低端換流器VBE改造系統(tǒng)調(diào)試方案[R].北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院，2014.

[2]梁旭明，吳巾克，冀肖彤.國(guó)家電網(wǎng)公司直流輸電工程控制保護(hù)運(yùn)行情況分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(23)：7-11. LIANG Xuming，WU Jinke，JI Xiaotong.Operating performances analysis on control and protection system of SGCC’s HVDC projects[J].Power System Technology，2005，29(23)：7-11.

[3]喻新強(qiáng).2003年以來(lái)國(guó)家電網(wǎng)公司直流輸電運(yùn)行情況總結(jié)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(20)：41-46. YU Xinqiang.Summary on operation of SGCC’s projects since 2003[J].Power System Technology，2005，29(20)：41-46

[4]Thyristor valves for high voltage direct current (HVDC) power transmission: part 1 electrical testing: IEC 60700-1-1998 [S].

[5]楊萬(wàn)開(kāi)，印永華，曾南超，等.特高壓直流輸電工程系統(tǒng)調(diào)試方案研究[J].電力建設(shè)，2008，29(11)：16-18. YANG Wankai，YIN Yonghua，ZNEG Nanchao，et al. Study on system trial test plan for UHVDC transmission projects[J].Electric Power Construction，2008，29(11)：16-18.

[6]楊萬(wàn)開(kāi)，印永華，曾南超，等.三滬直流輸電工程調(diào)試概述[J].電力建設(shè)，2007，28(11)：5-9. YANG Wankai，YIN Yonghua，ZNEG Nanchao，et al. Summary of trial test of Three Gorges—Shanghai ±500 kV HVDC Transmission Project[J].Electric Power Construction，2007，28(11)：5-9.

[7]丁釗，韓偉強(qiáng).天廣直流輸電系統(tǒng)雙極運(yùn)行情況總結(jié)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(9)：49-51. DING Zhao，HAN Weiqiang. Summary of bipolar operation situation of Tian—Guang DC power transmission system[J]. Power System Technology，2003，27(9)：49-51.

[8]楊萬(wàn)開(kāi)，曾南超，王明新，等.寶德直流輸電工程極II和雙極系統(tǒng)調(diào)試[J].電力建設(shè)，2010，31(12)：51-55. YANG Wankai，ZENG Nanchao，WANG Mingxin，et al. Commissioning test of pole II and bipolar system for Baode HVDC project[J].Electric Power Construction，2010，31(12)：51-55.

[9]楊萬(wàn)開(kāi)，印永華，曾南超，等.三峽—上海直流輸電工程系統(tǒng)調(diào)試總結(jié)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(19)：9-12. YANG Wankai，YIN Yonghua，ZENG Nanchao，et al. Summary of commissioning test for HVDC power transmission project from Three Gorges hydropower plant to Shanghai[J].Power System Technology，2007，31(19)：9-12.

[10]楊萬(wàn)開(kāi)，印永華，王明新，等.靈寶背靠背直流工程換流站和系統(tǒng)調(diào)試總結(jié)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(19)：36-41. YANG Wankai，YIN Yonghua，WANG Mingxin，et al. Summary of converter station commissioning for Lingbao back to back HVDC project[J]. Power System Technology，2006，30(19)：36-41.

[11]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[12]袁清云.HVDC換流閥及其觸發(fā)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999：5-11.

[13]舒暢，蒲瑩，石巖，等.±660 kV直流輸電工程控制保護(hù)系統(tǒng)與換流閥閥基電子設(shè)備閉環(huán)試驗(yàn)[J].電力建設(shè)，2011，32(7)：29-33. SHU Chang，PU Ying，SHI Yan，et al.Close-loop tests of thyristor valve base electronics and control & protection system in ±660 kV HVDC transmission project[J].Electric Power Construction，2011，32(7)：29-33.

[14]楊曉楠，鄭林，藍(lán)元良，等.±660 kV直流輸電工程換流閥控制保護(hù)接口技術(shù)[J].電力建設(shè)，2011，32(7)：25-28. YANG Xiaonan，ZHENGlin，LAN Yuanliang，et al. Interface technology of control and protection for converter valve in ±660 kV HVDC transmission project[J]. Electric Power Construction，2011，32(7)：25-28.

[15]周亮，湯廣福，郝長(zhǎng)城，等.閥基電子設(shè)備丟脈沖保護(hù)與控制的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(7)：222-226. ZHOU Liang，TANG Guangfu，HAO Changcheng，et al. Research on control and protection of missing firing pulses for valve basic electronics[J]. Power System Technology, 2011，35(7)：222-226.

(編輯 張小飛)

Technology Improvement Scheme and Verification of ±800 kV DC Thyristor Valve

HAO Changcheng1, WANG Huafeng1, YANG Wankai2, WANG Binze1, ZHOU Liang3

(1. State Grid Smart Grid Research Institute, Beijing 102209, China;2. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China;3. China-Epri Electric Engineering Co.， Ltd., Beijing 102200, China)

The technical improvement project of pole Ⅱ lower converter valve in ± 800 kV HVDC Southern Hami converter station is the first technical improvement project of certain foreign brand HVDC valve completed in China. This paper firstly introduces the technical defects and technical promotion programs of this foreign brand valve, and then discusses the designs and main innovation points of project commission programs of subsystem, station system and whole system. Site test analysis results show that the running temperature of DC grading resistor of improved thyristor valve is significantly reduced, and thyristor state detection mechanism is improved. There is no protection misoperation, fault trip or commutation failure in the test, and the performance parameters of improved thyristor valve meet the requirements of engineering design.

high voltage direct current (HVDC); thyristor valve; type test; project commissioning

TM 72

A

1000-7229(2016)02-0112-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.02.016

2015-10-11

郝長(zhǎng)城(1983)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊姄Q流閥二次設(shè)備研發(fā)和工程應(yīng)用；

王華鋒(1978)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊姄Q流閥二次設(shè)備研發(fā)、電力電子技術(shù)等；

楊萬(wàn)開(kāi)(1962)，男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊娂夹g(shù)；

王斌澤(1988)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊娂夹g(shù)；

周亮(1984)，男，工程師，研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊娂夹g(shù)等。