±800 kV換流閥低壓加壓試驗方法

郝克，張斌，敬濤，齊洪河

（山東送變電工程公司，濟南250022）

·經驗交流·

±800 kV換流閥低壓加壓試驗方法

郝克，張斌，敬濤，齊洪河

（山東送變電工程公司，濟南250022）

隨著直流特高壓工程在遠距離大功率輸電方面的日漸普及，提高直流特高壓工程質量成為保證電網安全穩定運行的前提和基礎。換流變壓器帶閥組低壓加壓試驗作為分系統調試中檢驗直流工程質量的核心試驗項目，存在誤差大、方法復雜等問題。依托特高壓工程哈密南±800 kV換流站，對分系統調試中低壓加壓試驗的內容及方法進行了詳細的歸納總結，創新性優化了同步電壓的獲取方式，大大減小了試驗誤差，同時對60°以上的觸發角進行了計算及測試。并結合工程現場極1低端的試驗數據進行分析，說明了低壓加壓試驗對于換流站核心設備（換流閥、換流變壓器、閥控系統）的功能檢測具有指導性作用，是分系統調試中不可或缺的重要環節。

特高壓直流；換流閥；低壓加壓試驗；分系統調試

0 引言

直流輸電工程在換流閥進行高壓充電前，必須先完成換流變壓器帶閥組的低壓加壓試驗，目的在于檢查換流變壓器一次接線、換流閥觸發同步電壓、換流閥觸發控制電壓、換流變末屏分壓器電壓指示、一次電壓的相序及閥組觸發順序關系是否正確，低壓加壓試驗的成功與否直接反映了相關環節的配合情況，對后續的系統調試也具有決定性影響。

本次低壓加壓試驗依托哈鄭直流輸電工程中的哈密南±800 kV換流站，換流站直流場為雙極運行方式，每極分別由高端及低端閥組構成，通過旁通斷路器實現高端及低端的獨立運行。各閥組均為12脈動整流器，輸出電壓均為400 kV。

1 試驗原理分析

1.1 電源

加壓設備主要由調壓變壓器和升壓變壓器組成，通過調節調壓變壓器的電壓，來調節升壓變壓器的輸出電壓［1］，調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的相角誤差。單端低壓加壓試驗接線如圖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閥控系統很難在進線PT采到準確的同步電壓，因此必須依靠其它方式為閥控提供同步電壓。以下根據現場實際情況提出幾種為閥控系統提供同步電壓的方式。

1.2.1 調壓器輸出

電源用調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際電壓相角差很小，可以在380 V電源后接YY調壓器如圖1所示，將交流電降至100 V供閥控使用［2］，實際試驗過程中調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，需要在試驗前進行電壓核相及相位測試工作，并在實際觸發時將誤差計算進去。

1.2.2 升壓變壓器輸出

現場升壓變為380／1 000／15 000 V三側變壓器，試驗過程中將380 V工頻電源接至1 kV側，用15 kV作為系統輸入，因此升壓變380 V側輸出為

現場采用CCP閥控裝置，電壓最高為180%額定電壓即線電壓180 V，144.4 V可以滿足閥控系統的電壓輸入要求，因此直接在380 V側取同步電壓作為閥控輸入，實際試驗過程中有4°的相角差，試驗誤差較小。

1.2.3 站用400 V輸出

由于調壓變電源取自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控接試驗線將電壓引至閥控作為同步電壓使用，試驗過程中有6°相角差。

1.3 接線

直流側負載為符合計算條件的電阻器，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，其他晶閘管用試驗線短接。并在閥兩側及負載處引出試驗線接入測量裝置。

試驗開始前，需要確保交流場相關斷路器和隔離開關在分位，接地開關在合位，直流場區域的旁通開關都應在分位，閥廳內的接地開關應在分位。

1.4 測量設備

如圖1接線示意圖所示，共計7處需要記錄電流電壓波形或測量，由于儀器采樣通道數量限制，記錄需要分為兩組進行。

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

第二組使用MZ2000換流閥低壓加壓試驗記錄分析儀記錄：Y-Y側輸出直流電壓UdY、Y-△側輸出直流電壓Ud△、電阻負載兩側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個波形都在閥廳內測得。

1.5 直流控保

進行低壓加壓試驗時，一次系統的狀態是不具備解鎖條件的，而試驗本身需要控制系統發出觸發脈沖，因此須在相應的閥控主機上設置相關一次設備、二次設備的狀態，使系統滿足RFO條件。將本站試驗極的極控主機打至運行狀態，另一系統主機打至測試狀態，將要設置狀態的閥控主機打至運行狀態，另一系統主機打至測試狀態。相應保護主機切至值班狀態。狀態設置通過手動置數進行。

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

2）將對應PPR中直流低電壓保護退出，具體將PPR／POLEBIPO_PROT／MAIN／POLEPR／UVP_SETP中UVP_ENBL_DFLT信號置0，直流低電壓保護退出。

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

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

5）將試驗閥組所在極設為獨立控制狀態，通過調整功率方向使試驗閥組為整流狀態。

1.6 閥冷卻系統

低壓加壓是對換流閥和換流變一次接線的整體檢驗，是換流閥正式解鎖之前非常重要的大型試驗。進行低壓加壓試驗時，相關輔助系統也應該一并參與試驗［3］。閥冷卻系統是換流閥正常運行的保障，要求在進行低壓加壓試驗之前，確保閥冷卻系統調試完成，并在低壓加壓試驗過程中，保持正常運行狀態。

1.7 試驗參數計算

為了得到試驗時電源容量和電阻值，必須進行試驗參數的計算。

圖2 試驗參數示意圖

主要試驗參數包括：閥臂晶閘管兩側電壓Uthyristor；換流變壓器閥側的額定電壓UVN；換流變壓器網側的額定電壓UaCN；施加在換流變一次側的線電壓Utest；輸出直流電流Id；直流側負載電阻Rd；電阻消耗的功率Presistor；Y-Y變閥側電壓UthyrY；Y-△變閥側電壓Uthyr△；換流閥輸出直流電壓Ud；Y-Y側輸出直流電壓UdY；Y-△側輸出直流電壓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大于800 V，故對于極1，Uthyristor≥800 V。

已知數據

導通前相電壓為閥上電壓（極1Uthyristor≥800 V取800 V）

無斷續情況下的輸出電壓

極1各試驗參數計算如下：

取相電壓800 V，由公式（5）可得

由于試驗時，對變壓器相電壓的控制比較直觀，計算可得，滿足試驗要求的最小相電壓為2 466.6 V，可取試驗相電壓為2 500 V，得Utest=4 330 V。

計算得

由公式（6）可得15°時的輸出電壓

Rd取500 Ω由公式（7）可得負荷電流

30°時的負荷電流

45°時的負荷電流

由于負載為純阻性，觸發角為60°（臨界值）、75°及90°時負載側電流斷續。

2 試驗步驟及結論

2.1 試驗步驟

當全部準備工作完成，人員就位后，試驗可以開始按照如下步驟進行。

1）再次確保一次接線正確，測量錄波的測試線接線正確，后臺置數完成，閥冷卻系統在正常運行狀態，確認無誤后可開始試驗；

2）拉開換流變壓器接地開關和閥廳的接地開關；

3）接通試驗設備電源，確定試驗電源相序正確，調壓器和升壓變壓器原邊副邊相序正常；

4）調整調壓器的電壓，按照上文所述計算結果調整電壓大小，當電壓調整至合適水平，對換流變壓器充電；

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

6）調整給CCP輸出同步電壓的調壓變壓器，使得副邊線電壓為100 V；

7）將換流變的一個控制系統設置為運行狀態（當試驗完成后換到另外一個控制系統）；

8）上述狀態檢查正常后，將CCP／IOCTRL／MAIN／BSQ／BSQ_BPPO中LV_TEST信號置1，后臺顯示相應閥組解鎖（164度解鎖），解鎖后將LV_TEST置0，調整CCP／DSP／MAIN／CCA中CCA_85為需要ALPHA值（由90度開始減小），置位CCP／DSP／MAIN／CCA中CCA_86，改變ALPHA_ORD；

9）需要時應解除直流電壓異常保護，直流線路保護和角度過延時保護等一切與試驗相關保護；

10）換流閥解鎖后，調整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°，用示波器檢查閥側各點電壓；

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

12）在斷開試驗電源后合上接地開關，移除所有閥的臨時電纜，移除所有調壓變壓器、升壓變壓器、CVT連接箱、到CCP系統的臨時電纜以及所有其它控制系統中的臨時連接，檢查相應置位信號并將其恢復為試驗前狀態；

13）檢查所有地點、裝置、以及軟件系統以確認臨時安排都被移除。

2.2 試驗數據分析

試驗中共接入阻性負載Rd=500 Ω；示波器測量電阻R′d=137 Ω；500 kV PT變比為530／100。

1）觸發角90°。

測試負載電壓有效值U′d90=295.2 V；

網側電壓有效值（取自500 kV PT）

負載電流測量有效值

負載電流理論有效值Id90=2.1 A。

90°觸發負載電壓及網側A相電壓波形如圖3～4所示。

圖3 90°負載電壓波形

圖4 90°網側電壓波形

2）觸發角75°。

測試負載電壓有效值U′d=398.6 V；

網側電壓有效值（取自500 kV PT）

負載電流有效值

負載電流理論有效值Id75=3.3 A。

75°觸發負載電壓及網側A相電壓波形如圖5～6所示。

圖5 75°負載電壓波形

圖6 75°網側電壓波形

3）觸發角60°。

測試負載電壓有效值U′d=563.6 V；

網側電壓有效值（取自500 kV PT）

負載電流有效值

負載電流理論有效值Id60=4.2 A。

60°觸發負載電壓及網側A相電壓波形如圖7～8所示。

圖7 60°負載電壓波形

圖8 60°網側電壓波形

4）觸發角45°。

測試負載電壓有效值U′d45=724.9 V；

網側電壓有效值（取自500 kV PT）

負載電流有效值

負載電流理論有效值Id45=5.4 A。

45°觸發負載電壓及網側A相電壓波形如圖9～10所示。

圖9 45°負載電壓波形

圖10 45°網側電壓波形

5）觸發角30°。

測試負載電壓有效值U′d30=859.5 V；

網側電壓有效值（取自500 kV PT）

負載電流有效值

負載電流理論有效值I′d30=6.6 A。

30°觸發負載電壓及網側A相電壓波形如圖11～12所示。

圖11 30°負載電壓波形

6）觸發角15°。

測試負載電壓有效值U′d15=943.6 V；

網側電壓有效值（取自500 kV PT）

圖12 30°網側電壓波形

負載電流有效值

負載電流理論有效值Id45=7.2 A。

15°觸發負載電壓及網側A相電壓波形如圖13～14所示。

圖13 15°負載電壓波形

圖14 15°網側電壓波形

2.3 試驗結論

一次接線。試驗中對閥側及網側電壓進行核相，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）。

觸發順序。CP發出正常，換流閥能按照正常順序觸發。

閥控。閥控與VBE通訊正常，閥組解鎖、閉鎖等相關操作正常。

輸出。輸出電流電壓誤差小，12脈動波形正常。

信號及采樣。VBE回報信號正常、各處電流電壓采樣正常。

3 結語

低壓加壓試驗是對換流器及閥控系統在低電壓、低電流環境下進行的整組模擬運行試驗，通過檢測閥側、網側及負載側的相關電流電壓來驗證換流器工作是否正常，對于換流站核心設備的功能檢測具有指導性作用，是換流閥、換流變壓器及其閥控系統在分系統調試交付站系統調試前必須進行的試驗。進一步優化試驗方法，有效地減少試驗誤差，可以極大地提高分系統調試的效率及質量，對于未來特高壓直流輸電工程的普及和發展具有實用意義。

［1］劉耀，龐廣恒，李新年．特高壓直流輸電工程調試換流閥低壓加壓試驗時直流電壓異常跌落分析［J］．高電壓技術，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分析［J］．現代電力，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，從事繼電保護調試工作；

張斌（1979），男，工程師，從事繼電保護調試及項目管理工作；

敬濤（1978），男，工程師，從事繼電保護調試及項目管理工作；

齊洪河（1986），男，從事現場調試工作。