紹興特高壓換流站換流閥調試方案的研究

摘要：紹興特高壓換流站采用了一種低壓加壓的試驗方法。本文首先介紹了紹興換流站換流器的工作原，進而分析12脈動換流閥的運行方式。其次，針對換流閥的現場調試試驗，系統地闡述了低壓加壓試驗中所用的電流、電壓以及電阻選擇依據，并明確了低壓加壓試驗步驟與臨時系統采樣接線方法。最后，實驗表明：該系統調試方法簡單，且有效地檢查了換流器各橋臂的觸發角與觸發脈沖之間的對應關系以及系統二次回路的正確性。

關鍵詞：特高壓；換流站；換流閥；低壓加壓實驗

1 引言

直流輸電技術不僅可實現點對點、遠距離、大功率地將電能輸送至用電負荷中心；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行方式，改變電網潮流方向，避免大量過網潮流[1]；還具有電能損耗小，經濟效益高等優點；已廣泛的應用于特高壓輸電系統中[2]。

換流閥低壓加壓實驗，作為換流閥高壓充電前的重要系統調試實驗，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、換流閥觸發的同步電壓與控制電壓、以及換流閥觸發控制程序是否正確[3]。換流閥加壓實驗客觀地反映出系統設備的連接情況，對系統聯調也是重要依據。針對換流閥充電運行前進行的系統調試方面，雖然國內做了一些工作，但針對換流閥加壓系統調試的方案理論依據與具體實施都未有明確[4-6]。

此次采用一種換流閥低壓加壓的試驗方案應用至紹興特高壓換流站，換流站交流場出線電壓為500kV，經過母線分別于直流場六臺換流變壓器相連，構成一個單極[7]。直流場采用雙極運行方式，其每極可分為高端閥組與低端閥組，每個閥組由12脈動串聯閥組成，可通過旁路斷路器實現對閥組的投運與退出[8-9]。本文首先分析了紹興換流閥系統回路的結構原理，建立閥組12脈動模型，計算出實驗方案中負載阻值、電源容量與閥組輸出直流電壓，并給出實驗測試方案與具體步驟。結果表明：該實驗方案簡單、可行、有效。

2換流器試驗原理

2.1換流器運行方式

12脈動換流器結構圖如圖1所示。由圖可知，其是由兩個6脈動換流器串聯形成，每個6脈動換流器又由6大組晶閘管構成。在一個工作周期內12個大組晶閘管依次導通，且每組導通時間長為一個工頻周期的1/12，需要12個與交流系統同步的按序觸發脈沖，脈沖之間的間距為30度。

換流器交流側由6個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30°的換相電壓。

12脈動換流器與6脈動換流器的工作原理基本一致。其換相實質為：利用交流系統兩相短路電流來實現換相。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。

當觸發角α與換相角μ在如下條件時，換流器工作在“4-5”方式。

此時，換流器運行正常運行。在非換相周期時，兩橋各有兩個晶閘管導通，而在只有一個橋進行換相時，換相橋有三個閥，非換相橋有兩個閥一共五個閥導通，從而形成正常導通時4個閥與5個閥交替導通的運行方式。

當觸發角α與換相角μ在如下條件時，換流器工作在“5”方式。

此時，換流器運行在非正常方式。兩個橋臂總五個閥同時導通，一個橋一對閥組換相結束，另外一組橋臂其他一對閥開始導通，從而形成工況“5”。

當觸發角α與換相角μ在如下條件時，換流器工作在“5-6”方式。

此時，在一個橋臂的兩個閥導通尚未關斷時，另外一個橋臂的兩個閥組已開始導通，即存在一個時段內兩個橋臂共有6個導通。在一個橋換相結束后，又轉為5個閥同時導通的狀態，換流器運行在非正常方式。

3換流閥低壓加壓系統調試

3.1試驗設備參數選擇

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

實驗中，換流變壓器所加一次實驗電壓Utext為：

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

直流側輸出電壓Ud為：

直流電阻值R和其功率P為：

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

試驗中，所用其他主要設備與參數如表1所示：

3.2系統調試實驗步驟

1）將紹興換流站本側與交流系統隔離，本側與對側靈州站系統隔離。

2）在每個換變壓器閥側只選擇一個晶閘管作為充電實驗元件，用短接線將其他晶閘管短接；晶閘管導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）將所用實驗三相交流自耦變壓器輸出電壓引線經CVT端子箱與CFC單元臨時連接，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。

確認系統一次接線正確，調試所用實驗示波器接線正確，試驗接線如圖（3）所示。

4）對控制保護屏進行設置，對控制系統參數修改，使其可以模擬產生500kV所需觸發角。設定的觸發角與測量角度一致，觸發脈沖間隔為30°，在軟件中再次確認換流變的連接形式是否正確，退出交流網側與直流側與試驗有關的所有保護功能。

5）拉開旁路斷路器與換流變接地開關。

6）接通設備電源，經調壓器與隔離變壓器使換流變網側母線A、B、C 三相均帶電，并核對相序；

7）繼續調整調壓器，使換流變網側電壓至電壓計算所需值；

8）上述步驟完成后，將換流閥解鎖，將觸發角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載電壓。

9）試驗結束后，將換流器臨時測量接線移除，恢復CVT端子箱接線，系統恢復至試驗前狀態。

3.3系統調試實驗結果

此次，低壓加壓實驗在紹興極1低端完成，在觸發角為30°時，電壓波形如圖4所示。

由圖（4）可知，直流負載電壓U21輸出有效值700V，其波形顯示導通均勻、完整，一個周期內有完整12脈動，導通正確。

4結論

本文將一種低壓加壓調試的方法應用到紹興特高壓換流閥分系統的調試中。分析了換流閥系統的結構原理，并在你此基礎上闡述了12脈動換流閥的三種運行方式。在此基礎上進行對低壓加壓試驗方案探討，對實驗設備參數進行選擇設計，并給出了實驗接線方式與調試步驟。最后通過試驗驗證，該低壓加壓方案簡單、有效，對換流站工程閥廳的調試具有一定的參考意義。

參考文獻：

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

[4]習賀勛，湯廣福，劉杰等.±800 kV/4 750 A 特高壓直流輸電換流閥研制[J]. 中國電機工程學報，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均壓措施研究[J]. 中國電機工程學報，2016，36（7）：1828-1835.

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

作者簡介：

韋圣軍（1971-），男，安徽人，工程師，從事方向：變電系統安裝項目管理。