CN102901925B - 超、特高压直流断路器转换回路特性参数测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种超、特高压直流断路器转换回路的特性参数测试方法，涉及对超、特高压直流断路器无源型和有源型振荡回路的转换回路特性参数测试方法。根据转换电容器组不同充电电压（无源型）或不同充电时间（有源型），操作断路器采集得到的转换回路电流I波形，分别得到转换回路的频率f和衰减时间常数τ。则最终得到确定范围的转换回路特性参数。转换回路电抗器电感（有转换回路无电抗器）、电容器电感和线路电感之和组成转换回路电感：；转换回路的阻尼电阻为。
Description
技术领域
本发明涉及电力***中高压直流断路器的特性参数测试方法，特别是超高压、特高压直流断路器转换回路特性参数测试方法。
背景技术
超、特高压直流输电工程换流站直流场用高压直流断路器是换流站直流场的重要设备，主要包括中性母线开关(NBS)、转金属回路开关(MRTB)、转大地回路开关(GRTS)等。它们起着转换开关的作用，主要用于直流输电***各种运行方式的转换，如接地***转换、故障处理等。由于直流电流无自然过零点使断口中电弧不易熄灭，因此交流断路器不能直接用于开断直流电流，必须采用由交流断路器及转换回路组成的高压直流断路器实现直流电流的有效开断，尤其在超、特高压直流***实现直流电流的可靠有效地开断更是至关重要。近年来，高压直流输电技术在我国发展迅速，已成为远距离输送电能的发展方向，为保证换流站直流场用高压直流断路器可靠有效地开断直流电流，有必要现场开展高压直流断路器的振荡回路特性参数测试。
高压直流断路器实际是由交流断路器与转换回路(LC自激振荡回路、避雷器组(转换过程中吸收能量))并联构成，LC自激振荡回路分为无源型和有源型，其开断直流电流的原理是一样的。直流开断是利用电弧电压随电流增大而下降的非线性负电阻特性，再与电弧间隙并联的LC回路中产生自激振荡，使电弧电流叠加上增幅振荡电流，当总电流过零时实现开断。因此，要求交流断路器与转换回路(LC自激振荡)的参数有较好的配合。
由于超、特高压直流输电技术在我国应用的时间相对不长，目前电力***超、特高压直流输电工程换流站的交接、验收项目中未对该项目进行明确要求，也就没有规定对于高压直流断路器转换回路特性参数测试方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种测试结果准确可靠的对超、特高压直流断路器无源型和有源型振荡回路的转换回路特性参数进行测试的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种超、特高压直流断路器转换回路的特性参数测试方法，包括，高压直流断路器组成如下：转换电容器组串接电抗器H后与避雷器BL并联而组成转换回路，高压交流断路器CB与避雷器组BL并联；其特征是，按以下步骤进行：
1)在所述高压交流断路器合闸状态时，对转换电容器组做好安全接地后，解开高压交流断路器连接所述电抗器H的引流线端子，将解开的引流线穿过罗氏线圈CT后，恢复并紧固该端子，再将罗氏线圈CT的信号输出端连接示波器；
2)对无源型转换回路的特性参数测试方法如下：
采用外接直流充电电源U，该电源U的正、负极经充电开关SW1后接至转换电容器组两端，预备对转换电容器组进行充电；在高压交流断路器CB合闸状态时，进行外接直流充电电源U的接线，接线完成后，操作高压交流断路器分闸；
通过直流充电电源U的电压表V监测充电电压，分别对转换电容器组充电至200V、400V、500V、600V、800V和1000V；在转换电容器组的上述不同充电电压稳定值下，断开充电开关SW1，使直流充电电源U脱离转换电容器组；
分别在转换电容器组的上述不同的充电电压下，操作高压交流断路器合闸，使转换回路发生自激振荡，通过示波器采集自激振荡电流波形，从而得到转换回路频率f、转换回路电感L、转换回路阻尼电阻R及转换回路电流I；
转换回路电感为电抗器电感、电容器电感和线路电感之和；
3)对有源型转换回路的特性参数测试方法如下：
充电装置E与转换电容器组并联，单极开关S串接在转换电容器组与电抗器H之间；
在有源型转换回路的特性参数进行测试时，人工断开单极开关S，让充电装置E对转换电容器组分别进行1s、5s、10s、30s、60s时间的充电，每次充电完成后，分别人工使单极开关S闭合，再使高压交流断路器合闸，通过示波器采集自激振荡电流波形，从而得到转换回路频率f、转换回路电感L、转换回路阻尼电阻R及转换回路电流I；
4)进行转换回路的特性参数计算：
对上述无源型和有源型转换回路，直接测量得到转换电容器组的电容值C；
根据转换电容器组上述在无源型条件下的不同充电电压或上述在有源型条件下的不同充电时间采集得到的转换回路电流波形，分别得到转换回路的频率f和衰减时间常数τ，则最终得到确定范围的转换回路特性参数；
转换回路电感L为：
转换回路电感L为电抗器电感、电容器电感和线路电感之和；
转换回路的阻尼电阻R为：
所述的测试方法，其特征是，在有源型转换回路的特性参数进行测试时，所述外接直流充电电源U还并联有监测电压表V。
所述示波器型号为Tektronix DPO3012，罗氏线圈型号为CL-2000，外接直流充电电源型号为SCDC1000/10。
本发明的有益效果是：高压直流断路器是超、特高压直流输电工程换流站直流场的重要设备，起着转换开关的作用。超、特高压换流站在大地返回或金属返回不同运行方式之间转换时，需要开断并数千安培的直流转移电流，尽管高压交流断路器具有很强的开断短路电流的能力，但因直流电流不像交流电流有过零点，故断路器断口难以熄弧断流。为了增强直流熄弧断流能力，在交流断路器断口间并联了一个转换回路，以制造电流过零点让交流断路器能开断直流电流。为了保证直流断路器可靠地开断直流电流，转换回路的频率、阻尼电阻等特性参数须进行现场实测，以确保其符合设计和使用要求，保证超、特高压直流输电工程换流站能安全可靠地在不同方式转换过程中运行。
特高压能大大提升我国电网的输送能力。据国家电网公司提供的数据显示，一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量，相当于现有500千伏直流电网的5到6倍，而且送电距离也是后者的2到3倍，因此效率大大提高。此外，据国家电网公司测算，输送同样功率的电量，如果采用特高压线路输电可以比采用500千伏超高压线路节省60％的土地资源。国家“十二五”规划纲要中提到，适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，加快现代电网体系建设，进一步扩大西电东送规模，完善区域主干电网，发展超、特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，四川作为清洁能源丰富的水电大省，未来的发展都将有赖于建设特高压电网，所以本发明也是基于更好服务于超、特高压输电工程的目的。
该方法及装置采用罗氏线圈的电流传感器CT，避免了分流器等接入式电流测试器件会带来的转换回路特性参数改变问题，电磁式电流互感器饱和缺陷，霍尔传感器温漂、精度响应范围窄和时刻需要定标的缺点。该方法及装置已被本发明人成功运用到“锦屏-苏南特高压直流输电工程±800kV裕隆换流站”的高压直流断路器现场交接试验中。
附图说明
图1是本发明无源型高压直流断路器转换回路电路原理图(虚线框内为转换回路)。
图2是本发明有源型直流断路器转换回路电路原理图。
图3是图1所示转换回路外接直流充电电源的电路(无源型)原理图。
图4是本发明±800kV裕隆换流站实际测试的振荡波形图。
具体实施方式
1)参见图3，在被测断路器合闸状态时，对转换电容器组C做好安全接地后，解开被测断路器连接转换回路平台的引流线端子，将解开的引流线穿过罗氏线圈CT后，再恢复并紧固该端子。即断路器至转换回路平台的连接线穿过了罗氏线圈CT。
采用罗氏线圈的电流传感器CT，避免了分流器等接入式电流测试器件会带来的转换回路特性参数改变问题，电磁式电流互感器饱和缺陷，霍尔传感器温漂、精度响应范围窄和时刻需要定标的缺点。
2)对无源型转换回路的特性参数进行测试，参见图3。
采用外接直流充电电源U，其正、负极经充电开关SW1后接至转换电容器组C两端，预备对转换电容器组C进行充电。在被测断路器CB合闸状态时，进行外接直流充电电源U接线，接线完成后，操作被测断路器分闸。
通过直流充电电源U的电压表V监测充电电压，分别对转换电容器组C充电至200V、400V、500V、600V、800V和1000V。在转换电容器组C不同充电电压稳定值下，断开充电开关SW1，使直流充电电源E脱离转换电容器组C。
分别在转换电容器组C不同的充电电压下，操作被测断路器CB合闸，即主断口动、静触头闭合，转换电容器组与转换回路电感使转换回路发生自激振荡，通过波形采集装置(如数字存储示波器)采集自激振荡电流波形(参见图4)，从而得到转换回路频率f、转换回路电感L、转换回路阻尼电阻R及转换回路电流I。
转换回路电感为电抗器电感(有转换回路无电抗器)、电容器电感和线路电感之和。
3)对有源型转换回路的特性参数进行测试，参见图2。
相对于无源型而言，它有充电装置及单极开关S(见图2)。正常运行时单极开关S断开，充电装置E对转换电容器组充电，断路器分闸时，在其主断口动、静触头分开15ms-25ms后单极开关S闭合，转换电容器组与转换回路电感自激振荡。
在转换回路的特性参数进行测试时，让充电装置E对转换电容器组C进行不同时间的充电，充电完成后，人工使单极开关S闭合，再使被测断路器合闸，即其主断口动、静触头闭合，通过波形采集装置(如数字存储示波器)采集自激振荡电流波形，从而得到转换回路频率f、转换回路电感L、转换回路阻尼电阻R及转换回路电流I。
在转换回路的特性参数进行测试时，充电装置辅助控制回路，让充电装置E对转换电容器组分别进行1s、5s、10s、30s、60s等时间的充电，每次充电完成后，分别人工使单极开关S闭合，再被测断路器合闸，主断口CB动、静触头闭合，通过波形采集装置(如数字存储示波器)采集自激振荡电流波形，从而得到转换回路频率f、转换回路电感L、转换回路阻尼电阻R及转换回路电流I。
4)进行转换回路的特性参数计算。
无论无源型和有源型转换回路，均能直接测量得到转换回路电容器组电容值C。
根据转换电容器组不同充电电压(无源型)或不同充电时间(有源型)采集得到的转换回路电流I波形，分别得到转换回路的频率f和衰减时间常数τ。则最终得到确定范围的转换回路特性参数。
转换回路电抗器电感(有转换回路无电抗器)、转换电容器电感和线路电感之和为
转换回路的阻尼电阻为
5)转换回路的特性参数测试计算实例。
经过测量转换回路转换电容器组电容量C＝60μF；
由图4可得转换电流五个震荡周期的时间为984μs；
故转换回路振荡频率f＝5081Hz；
衰减时间常数τ＝0.684ms；
转换回路振荡电感由计算得，16μH；
转换回路的阻尼电阻由计算得，46mΩ.
本装置的主要功能与技术指标：
主要功能：提供一种对超、特高压直流断路器无源型和有源型振荡回路的转换回路特性参数测试方法。从而得到转换回路频率f、转换回路电感L、转换回路阻尼电阻R及转换回路电流I。
超、特高压直流断路器转换回路特性参数测试装置技术指标：
直流充电电源电压：0～1000V；
直流充电电源电流：0～10A；
直流充电电源输出精度：0.1％；
直流充电电源温漂：0.05％/℃；
直流充电电源时漂：0.05％/h；
波形采集装置(示波器)：100MHz/2.5GS/s；
电流传感器(罗氏线圈)：2000A
电流传感器传感系数：0.059。
装置主要设备的参数：
示波器CRT：型号Tektronix DPO3012；
电流传感器(罗氏线圈)：型号CL-2000
数字多用表：型号FLUKE8845A；
直流充电电源(由图3中开关SW1处接入)：型号SCDC1000/10。
Claims (3)
1.一种超、特高压直流断路器转换回路特性参数测试方法，包括，高压直流断路器组成如下：转换电容器组串接电抗器H后与避雷器BL并联而组成转换回路，高压交流断路器CB与避雷器组BL并联；其特征是，按以下步骤进行：
1）在所述高压交流断路器合闸状态时，对转换电容器组做好安全接地后，解开高压交流断路器连接所述电抗器H的引流线端子，将解开的引流线穿过罗氏线圈CT后，恢复并紧固该端子，再将罗氏线圈CT的信号输出端连接至示波器；
2）对无源型转换回路的特性参数测试方法如下：
采用外接直流充电电源U，该电源U的正、负极经充电开关SW1后接至转换电容器组两端，预备对转换电容器组进行充电；在高压交流断路器CB合闸状态时，进行外接直流充电电源U的接线，接线完成后，操作高压交流断路器分闸；
通过直流充电电源U的电压表V监测充电电压，分别对转换电容器组充电至200V、400V、500V、600V、800V和1000V；在转换电容器组的上述不同充电电压稳定值下，断开充电开关SW1，使直流充电电源U脱离转换电容器组；
分别在转换电容器组的上述不同的充电电压下，操作高压交流断路器合闸，使转换回路发生自激振荡，通过示波器采集自激振荡电流波形，从而得到转换回路频率f、转换回路电感L、转换回路阻尼电阻R及转换回路电流I；
转换回路电感为电抗器电感、电容器电感和线路电感之和；
3）对有源型转换回路的特性参数测试方法如下：
充电装置E与转换电容器组并联，单极开关S串接在转换电容器组与电抗器H之间；
在有源型转换回路的特性参数进行测试时，人工断开单极开关S，让充电装置E对转换电容器组分别进行1s、5s、10s、30s、60s时间的充电，每次充电完成后，分别人工使单极开关S闭合，再使高压交流断路器合闸，通过示波器采集自激振荡电流波形，从而得到转换回路频率f、转换回路电感L、转换回路阻尼电阻R及转换回路电流I；
4）进行转换回路的特性参数计算：
对上述无源型和有源型转换回路，直接测量得到转换电容器组的电容值C；
根据转换电容器组上述在无源型条件下的不同充电电压或上述在有源型条件下的不同充电时间采集得到的转换回路电流波形，分别得到转换回路频率f和衰减时间常数 τ， 则最终得到确定范围的转换回路特性参数；
转换回路电感L为：
转换回路电感L为电抗器电感、电容器电感和线路电感之和；
转换回路的阻尼电阻R为：
。
2.根据权利要求1所述的超、特高压直流断路器转换回路特性参数测试方法，其特征是，在有源型转换回路的特性参数进行测试时，所述外接直流充电电源U还并联有监测电压表V。
3.根据权利要求2所述的超、特高压直流断路器转换回路特性参数测试方法，其特征是，所述示波器型号为Tektronix DPO3012，罗氏线圈型号为CL-2000，外接直流充电电源型号为SCDC1000/10。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |