紹興特高壓換流站換流閥調(diào)試方案的研究

摘要：紹興特高壓換流站采用了一種低壓加壓的試驗(yàn)方法。本文首先介紹了紹興換流站換流器的工作原，進(jìn)而分析12脈動(dòng)換流閥的運(yùn)行方式。其次，針對(duì)換流閥的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試試驗(yàn)，系統(tǒng)地闡述了低壓加壓試驗(yàn)中所用的電流、電壓以及電阻選擇依據(jù)，并明確了低壓加壓試驗(yàn)步驟與臨時(shí)系統(tǒng)采樣接線方法。最后，實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)調(diào)試方法簡(jiǎn)單，且有效地檢查了換流器各橋臂的觸發(fā)角與觸發(fā)脈沖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及系統(tǒng)二次回路的正確性。

關(guān)鍵詞：特高壓；換流站；換流閥；低壓加壓實(shí)驗(yàn)

1 引言

直流輸電技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離、大功率地將電能輸送至用電負(fù)荷中心；而且，其控制操作方式靈活多變，可快速改變送電斷與受電端的運(yùn)行方式，改變電網(wǎng)潮流方向，避免大量過(guò)網(wǎng)潮流[1]；還具有電能損耗小，經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)；已廣泛的應(yīng)用于特高壓輸電系統(tǒng)中[2]。

換流閥低壓加壓實(shí)驗(yàn)，作為換流閥高壓充電前的重要系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)，可有效檢查Y/Y與Y/Δ換流變壓器接線、換流變壓器電壓相序與末屏分壓器電壓指示、換流閥觸發(fā)的同步電壓與控制電壓、以及換流閥觸發(fā)控制程序是否正確[3]。換流閥加壓實(shí)驗(yàn)客觀地反映出系統(tǒng)設(shè)備的連接情況，對(duì)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)也是重要依據(jù)。針對(duì)換流閥充電運(yùn)行前進(jìn)行的系統(tǒng)調(diào)試方面，雖然國(guó)內(nèi)做了一些工作，但針對(duì)換流閥加壓系統(tǒng)調(diào)試的方案理論依據(jù)與具體實(shí)施都未有明確[4-6]。

此次采用一種換流閥低壓加壓的試驗(yàn)方案應(yīng)用至紹興特高壓換流站，換流站交流場(chǎng)出線電壓為500kV，經(jīng)過(guò)母線分別于直流場(chǎng)六臺(tái)換流變壓器相連，構(gòu)成一個(gè)單極[7]。直流場(chǎng)采用雙極運(yùn)行方式，其每極可分為高端閥組與低端閥組，每個(gè)閥組由12脈動(dòng)串聯(lián)閥組成，可通過(guò)旁路斷路器實(shí)現(xiàn)對(duì)閥組的投運(yùn)與退出[8-9]。本文首先分析了紹興換流閥系統(tǒng)回路的結(jié)構(gòu)原理，建立閥組12脈動(dòng)模型，計(jì)算出實(shí)驗(yàn)方案中負(fù)載阻值、電源容量與閥組輸出直流電壓，并給出實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案與具體步驟。結(jié)果表明：該實(shí)驗(yàn)方案簡(jiǎn)單、可行、有效。

2換流器試驗(yàn)原理

2.1換流器運(yùn)行方式

12脈動(dòng)換流器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由圖可知，其是由兩個(gè)6脈動(dòng)換流器串聯(lián)形成，每個(gè)6脈動(dòng)換流器又由6大組晶閘管構(gòu)成。在一個(gè)工作周期內(nèi)12個(gè)大組晶閘管依次導(dǎo)通，且每組導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)為一個(gè)工頻周期的1/12，需要12個(gè)與交流系統(tǒng)同步的按序觸發(fā)脈沖，脈沖之間的間距為30度。

換流器交流側(cè)由6個(gè)單相換流變壓器組成。其分別為：Y/Y-A相換流變、Y/Y-B相換流變、Y/Y-C相換流變、Y/Δ-A相換流變、Y/Δ-B相換流變與Y/Δ-B相換流變。采用Y/Y與Y/Δ-的主要作用是使得換流器得到一個(gè)30°的換相電壓。

12脈動(dòng)換流器與6脈動(dòng)換流器的工作原理基本一致。其換相實(shí)質(zhì)為：利用交流系統(tǒng)兩相短路電流來(lái)實(shí)現(xiàn)換相。雙橋換流器一般有三種工作方式，即為：“4-5”方式、“5”方式與“5-6”工作方式。

當(dāng)觸發(fā)角α與換相角μ在如下條件時(shí)，換流器工作在“4-5”方式。

此時(shí)，換流器運(yùn)行正常運(yùn)行。在非換相周期時(shí)，兩橋各有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，而在只有一個(gè)橋進(jìn)行換相時(shí)，換相橋有三個(gè)閥，非換相橋有兩個(gè)閥一共五個(gè)閥導(dǎo)通，從而形成正常導(dǎo)通時(shí)4個(gè)閥與5個(gè)閥交替導(dǎo)通的運(yùn)行方式。

當(dāng)觸發(fā)角α與換相角μ在如下條件時(shí)，換流器工作在“5”方式。

此時(shí)，換流器運(yùn)行在非正常方式。兩個(gè)橋臂總五個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通，一個(gè)橋一對(duì)閥組換相結(jié)束，另外一組橋臂其他一對(duì)閥開(kāi)始導(dǎo)通，從而形成工況“5”。

當(dāng)觸發(fā)角α與換相角μ在如下條件時(shí)，換流器工作在“5-6”方式。

此時(shí)，在一個(gè)橋臂的兩個(gè)閥導(dǎo)通尚未關(guān)斷時(shí)，另外一個(gè)橋臂的兩個(gè)閥組已開(kāi)始導(dǎo)通，即存在一個(gè)時(shí)段內(nèi)兩個(gè)橋臂共有6個(gè)導(dǎo)通。在一個(gè)橋換相結(jié)束后，又轉(zhuǎn)為5個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，換流器運(yùn)行在非正常方式。

3換流閥低壓加壓系統(tǒng)調(diào)試

3.1試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)選擇

電源容量與負(fù)載阻值參數(shù)是調(diào)試設(shè)備參數(shù)選擇的重要一步。在未選擇負(fù)載電阻值時(shí)，需要選擇和適合的直流輸出電流Id與閥側(cè)電壓Uf。直流輸出電流Id的選擇依據(jù)為：一方面要保持電流連續(xù)，另一方面要選擇盡可能小以防一次接線錯(cuò)誤或控制觸發(fā)脈沖異常導(dǎo)致晶閘管損壞，Id一般為2A～10A；閥側(cè)電壓，即換流變的輸出二次電壓選擇依據(jù)為：在正常運(yùn)行中可以被觸發(fā)的前提下盡可能小，Uf一般為200V～400V。

實(shí)驗(yàn)中，換流變壓器所加一次實(shí)驗(yàn)電壓Utext為：

其中，UVN是換流變壓器閥側(cè)的額定電壓；UACN換流變壓器線路側(cè)的額定電壓；

直流側(cè)輸出電壓Ud為：

直流電阻值R和其功率P為：

設(shè)定，直流輸出電流值Id為2A，閥側(cè)電壓值為400V，由（4）、（5）和（6）式可得：負(fù)載的容量和阻值可以選擇為200Ω和1000W。

試驗(yàn)中，所用其他主要設(shè)備與參數(shù)如表1所示：

3.2系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)步驟

1）將紹興換流站本側(cè)與交流系統(tǒng)隔離，本側(cè)與對(duì)側(cè)靈州站系統(tǒng)隔離。

2）在每個(gè)換變壓器閥側(cè)只選擇一個(gè)晶閘管作為充電實(shí)驗(yàn)元件，用短接線將其他晶閘管短接；晶閘管導(dǎo)通電壓采樣所用的示波器耐高壓探頭連至閥組欄外絕緣端子上。

3）將所用實(shí)驗(yàn)三相交流自耦變壓器輸出電壓引線經(jīng)CVT端子箱與CFC單元臨時(shí)連接，自耦變壓器二次輸出線電壓為 100 V；自耦變壓器與CVT接線如圖（2）所示。

確認(rèn)系統(tǒng)一次接線正確，調(diào)試所用實(shí)驗(yàn)示波器接線正確，試驗(yàn)接線如圖（3）所示。

4）對(duì)控制保護(hù)屏進(jìn)行設(shè)置，對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)修改，使其可以模擬產(chǎn)生500kV所需觸發(fā)角。設(shè)定的觸發(fā)角與測(cè)量角度一致，觸發(fā)脈沖間隔為30°，在軟件中再次確認(rèn)換流變的連接形式是否正確，退出交流網(wǎng)側(cè)與直流側(cè)與試驗(yàn)有關(guān)的所有保護(hù)功能。

5）拉開(kāi)旁路斷路器與換流變接地開(kāi)關(guān)。

6）接通設(shè)備電源，經(jīng)調(diào)壓器與隔離變壓器使換流變網(wǎng)側(cè)母線A、B、C 三相均帶電，并核對(duì)相序；

7）繼續(xù)調(diào)整調(diào)壓器，使換流變網(wǎng)側(cè)電壓至電壓計(jì)算所需值；

8）上述步驟完成后，將換流閥解鎖，將觸發(fā)角α從90°依次降低為60°、45°與30°，用示波器檢查換流閥電壓與負(fù)載電壓。

9）試驗(yàn)結(jié)束后，將換流器臨時(shí)測(cè)量接線移除，恢復(fù)CVT端子箱接線，系統(tǒng)恢復(fù)至試驗(yàn)前狀態(tài)。

3.3系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果

此次，低壓加壓實(shí)驗(yàn)在紹興極1低端完成，在觸發(fā)角為30°時(shí)，電壓波形如圖4所示。

由圖（4）可知，直流負(fù)載電壓U21輸出有效值700V，其波形顯示導(dǎo)通均勻、完整，一個(gè)周期內(nèi)有完整12脈動(dòng)，導(dǎo)通正確。

4結(jié)論

本文將一種低壓加壓調(diào)試的方法應(yīng)用到紹興特高壓換流閥分系統(tǒng)的調(diào)試中。分析了換流閥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，并在你此基礎(chǔ)上闡述了12脈動(dòng)換流閥的三種運(yùn)行方式。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)低壓加壓試驗(yàn)方案探討，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，并給出了實(shí)驗(yàn)接線方式與調(diào)試步驟。最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，該低壓加壓方案簡(jiǎn)單、有效，對(duì)換流站工程閥廳的調(diào)試具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志朝，王海軍. 云廣工程閥組旁路開(kāi)關(guān)控制策略研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（14）：160-164.

[2]廖敏.藍(lán)元良.楊曉楠等. ±660kV 直流輸電工程換流閥控制系統(tǒng)的工作原理及工程應(yīng)用.電力建設(shè)[J]，2011，32（7）：21-24.

[3]劉 耀，曾南超，蔣衛(wèi)平，等. 向—上特高壓直流輸電工程換流變壓器充電失敗分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2011，35（17）：103-105.

[4]習(xí)賀勛，湯廣福，劉杰等.±800 kV/4 750 A 特高壓直流輸電換流閥研制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（24）：15-22.

[5]劉杰，湯廣福，查鯤鵬等.特壓直流輸電換流閥沖擊暫態(tài)均壓措施研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36（7）：1828-1835.

[6]霍鵬飛，王國(guó)功，劉敏，等. 向上±800 kV 特高壓直流輸電工程的直流保護(hù)閉鎖策略[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（9）：137-139.

作者簡(jiǎn)介：

韋圣軍（1971-），男，安徽人，工程師，從事方向：變電系統(tǒng)安裝項(xiàng)目管理。