一種換流閥均壓測試儀的研制

王玄之，崔 鵬，王 思，杜 巍，張 璞，楊稼祥，白明俊

（國網(wǎng)寧夏檢修公司，寧夏 銀川 750011）

1 新型換流閥均壓測試儀的研究背景

晶閘管是換流閥的核心元器件，擔(dān)負(fù)交流/直流變換的重任。單一直流輸電工程晶閘管數(shù)量最多達(dá)8 064只，單只最大峰值電壓8.5 kV，若其通斷異常，將導(dǎo)致晶閘管故障，引發(fā)雪崩擊穿造成直流系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)。按《國家電網(wǎng)公司直流換流站檢測管理規(guī)定》要求，每年需停電對晶閘管進(jìn)行特性測試，以保障直流系統(tǒng)可靠運(yùn)行[1-2]。

本文論述了一種新型換流閥均壓測試儀器，本儀器實(shí)現(xiàn)了晶閘管均壓并行測試，解決了傳統(tǒng)測試需頻繁拆接電氣連接、僅能對單只晶閘管測量的局限性，實(shí)現(xiàn)晶閘管整組測試。由單個(gè)晶閘管或若干晶閘管并聯(lián)，與緊靠它們的輔助設(shè)備組成的閥部件，稱為晶閘管級。圖1為晶閘管級電路圖。

圖1 晶閘管級電路圖

2 現(xiàn)有換流閥均壓測試方法存在的問題

目前換流站采用的晶閘管均壓測試方法，一般采用萬用表、電容表對單只晶閘管及其輔助電路進(jìn)行測量，根據(jù)測量結(jié)果判斷元件是否處于正常工作狀態(tài)。目前，晶閘管測試面臨以下問題。

1）每只晶閘管搭接3條輔助電路，傳統(tǒng)均壓測試方法需斷開數(shù)千只晶閘管電氣連接，逐一測量、記錄、比對，拆裝接頭超2萬個(gè)，誤恢復(fù)風(fēng)險(xiǎn)高，工程量大、耗時(shí)長，成為制約停電檢修時(shí)間的第一要素。

2）測試人員僅能通過晶閘管通斷狀態(tài)判斷其是否正常，無法對導(dǎo)通情況下的輕微故障進(jìn)行識別、預(yù)判，存在亞健康運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。近年來，已發(fā)生4起由晶閘管輕微故障演變而成的直流閉鎖事故。

3）測試時(shí)需至少兩人乘作業(yè)車在20~30 m處不同閥塔間頻繁轉(zhuǎn)移開展，現(xiàn)有外接電源供電測試儀器重達(dá)80 kg，在持續(xù)加壓、人工搭接表筆測量過程中，車輛載重接近極限、電源線牽絆擺動、人身觸電等風(fēng)險(xiǎn)突出。

3 新型換流閥均壓測試儀研究

3.1 整體功能

本儀器在不打開晶閘管級電氣連接的情況下，可同時(shí)測量一個(gè)閥組件的各晶閘管級（最多12個(gè)）的均壓特性，并可以分別測試晶閘管級在直流以及50 Hz、100 Hz、10 kHz頻率交流的阻抗值是否合格。本儀器自帶測試源信號，自動記錄數(shù)據(jù)，無需外部電源供電。

3.2 儀器組成

一是直流24 V鋰電池：采用大容量大功率鋰電池。二是信號源選擇模塊：使用合理的邏輯電路使得4種信號可靠互斥，避免不同信號之間的串?dāng)_，從而避免產(chǎn)生危險(xiǎn)。三是直流/直流電源模塊：獲得系統(tǒng)所需的±45 V雙電源。四是直流/交流逆變模塊：生成交流220 V 50 Hz電源信號。五是數(shù)據(jù)處理模塊：進(jìn)行模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理、顯示和無線發(fā)送。六是10 kHz信號模塊：產(chǎn)生10 kHz 220 V高頻交流電壓信號。七是100 Hz信號模塊：產(chǎn)生100 Hz 220 V交流電壓信號。八是升壓變壓器：將220 V升壓至1 320 V。九是倍壓整流模塊：獲得高壓直流1 320 V信號[3-4]。

3.3 測試過程

在操作界面，按下“開始記錄”按鈕，上位機(jī)開始記錄每個(gè)晶閘管級測量數(shù)據(jù)，每0.5 s記錄一組數(shù)據(jù)；按下“結(jié)束記錄”按鈕后，自動生成一個(gè)數(shù)據(jù)文件；在生成新文件后，記錄文件信息到數(shù)據(jù)庫，并刪除超出設(shè)定個(gè)數(shù)的最先文件。選擇要生成報(bào)表的晶閘管組別后，生成所選組別的報(bào)表，包括組別號，測試時(shí)間，每個(gè)晶閘管的最大值、最小值、平均值及測試報(bào)表。圖2為測試過程流程圖。

圖2 測試過程流程圖

4 新型換流閥均壓測試儀系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 硬件系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)晶閘管級均壓測試設(shè)備小型化以及晶閘管組件均壓測試時(shí)無需在閥組件上外加測試信號，并可由本儀器自行產(chǎn)生測試所需的直流以及50 Hz、100 Hz、10 kHz頻率交流電壓信號以及分別測試晶閘管級在直流、低頻交流、高頻交流信號下的均壓特性，在確保測試準(zhǔn)確性，考慮測試精度、抗干擾性能等方面參數(shù)后，進(jìn)行硬件選擇，部分硬件參數(shù)見表1。

表1 部分硬件參數(shù)表

機(jī)箱采用全鋁合金機(jī)箱，見圖3。本儀器具有體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶、導(dǎo)熱良好、防電磁輻射等優(yōu)點(diǎn)，適合換流站現(xiàn)場作業(yè)需流動開展的實(shí)際情況[5-6]。

圖3 全鋁合金機(jī)箱

4.2 軟件系統(tǒng)

4.2.1 軟件功能

軟件系統(tǒng)采用C語言編寫，可實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警、通道校正、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)表生成、事件和日志記錄、文件管理等功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測6路晶閘管級電壓信號、總電壓信號、電流信號有效值，并保證數(shù)據(jù)每1 s刷新一次。圖4為軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖4 軟件模塊結(jié)構(gòu)圖

4.2.2 軟件操作

軟件主界面左側(cè)為功能按鈕區(qū)，右側(cè)為實(shí)時(shí)監(jiān)測區(qū)。左側(cè)功能按鈕包括：“通信設(shè)置”“報(bào)警設(shè)置”“系數(shù)調(diào)節(jié)”“數(shù)據(jù)記錄”“報(bào)表生成”和“退出系統(tǒng)”按鈕。右側(cè)最上面顯示目前通信狀態(tài)，如果與下位機(jī)通信正常，則顯示“通信中”；右上角為“停止/刷新”按鈕。第111頁圖5為測試軟件主界面及測試結(jié)果界面[7-8]。

圖5 測試軟件主界面及測試結(jié)果界面

5 結(jié)束語

本文結(jié)合實(shí)際，分析了目前晶閘管均壓測試過程中存在的難點(diǎn)，適應(yīng)均壓測試的實(shí)際工作環(huán)境，設(shè)計(jì)了相關(guān)硬件軟件支撐系統(tǒng)。本儀器的研制實(shí)現(xiàn)了晶閘管均壓測試儀的簡便化、自動化、智能化改進(jìn)，可有效降低晶閘管試驗(yàn)儀器的成本，提高晶閘管試驗(yàn)效率，保障試驗(yàn)人員的人身安全，極大地提高了晶閘管試驗(yàn)水平，保障了直流工程的運(yùn)行安全。本儀器的研發(fā)符合智能電網(wǎng)對便攜式設(shè)備的要求，可廣泛應(yīng)用在高壓直流輸電工程中，隨著高壓直流輸變電工程的迅速發(fā)展，推廣前景極為廣闊[9]。