CN103580017B - 一种换流阀阀避雷器配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力***领域的配置方法，具体涉及一种换流阀阀避雷器配置方法。该方法包括下述步骤：（1）确定阀避雷器电阻片的串联数；（2）确定阀避雷器电阻片总数；（3）对阀避雷器的配置进行校核。该方法通过换流阀全工况仿真电路确定换流阀持续运行电压最大峰值（PCOV），可以得出避雷器长期工作电压的精确数值；并且根据选定的阀避雷器电阻片串并联数，参照电阻片U/I特性曲线，建立阀避雷器电气模型，将避雷器电气模型放入换流阀全工况仿真电路中，直接对阀避雷器的漏电流进行校核，可以直观地得出避雷器的漏电流是否超出了起始动作电流，这种校验方法比传统方法更加精确。

Description

一种换流阀阀避雷器配置方法

技术领域

本发明涉及电力***领域的配置方法，具体涉及一种换流阀阀避雷器配置方法。

背景技术

换流阀在实际运行中可能会承受操作、雷电和陡波前三种类型的过电压，当操作过电压施加在阀两端时，晶闸管将承受所有的过电压，这种工况对换流阀来说是最严重的，须要有一种设备可以把换流阀的操作过电压限制在一定的范围内，以保证换流阀的长期可靠运行，这种设备就是阀避雷器。阀避雷器是由避雷器电阻片组成的，避雷器电阻片具有优良的U/I特性，其电阻值随承受电压的升高而降低，特别是在承受较高冲击电压时，其电阻值可以跌落到很小的值。换流阀对阀避雷器的配置具有特殊的要求，当阀正常运行时，要求阀避雷器不能动作，其漏电流不能超过避雷器起始动作电流，否则避雷器将会长期过热而烧毁，而当操作冲击电压出现在阀两端时，要求避雷器电阻值降到很低的水平，起到抑制过电压的作用。单个电阻片的耐压能力有限，须要将多个电阻片串联，才能满足换流阀对阀避雷器的要求；此外，当避雷器动作时，要求阀避雷器具备一定的能量吸收能力，通常由单柱电阻片串联而成的避雷器不能满足能量吸收能力的要求，为了保证阀避雷器的安全，需要增加避雷器的并联柱数，根据避雷器的能量吸收能力来确定避雷器并联柱数；避雷器电阻片并联柱数又会影响避雷器残压和配合电流，增加了避雷器电阻片配置的复杂性。

GB/T311.3—2007《高压直流换流站绝缘配合程序》对于阀避雷器的持续运行电压的规定中只给出了不考虑换相过冲的持续运行电压峰值(CCOV)与空载直流电压的换算关系，并没有提出考虑换相过冲持续运行电压最大峰值(PCOV)的计算方法，无法根据该标准对阀避雷器长期运行能力进行校核。传统的对避雷器长期运行能力校验的方法认为避雷器PCOV荷电率小于1，避雷器就可以长期安全运行，这种方法比较粗糙。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种换流阀阀避雷器配置方法，该方法通过换流阀全工况仿真电路确定持续运行电压最大峰值（PCOV），可以得出避雷器长期工作电压的精确数值；并且根据选定的阀避雷器电阻片串并联数，参照电阻片U/I特性曲线，建立阀避雷器电气模型，将避雷器电气模型放入阀换流阀全工况仿真电路中，直接对阀避雷器的漏电流进行校核，可以直观地得出避雷器的漏电流是否超出了起始动作电流，这种校验方法比传统方法更加精确。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种换流阀阀避雷器配置方法，所述方法用的***为换流阀***，包括12脉动换流单元，12脉动换流单元由两个6脉动换流单元串联组成；其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

（1）确定阀避雷器电阻片的串联数；

（2）确定阀避雷器电阻片总数；

（3）对阀避雷器的配置进行校核。

进一步地，所述6脉动换流单元包括：换流变压器、换流阀和阀避雷器；换流变压器通过换流阀***的等效电抗器与三相整流桥连接；三相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成，每个桥臂均由换流阀构成；每个换流阀两端并联阀避雷器；

所述换流阀包括阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联。

进一步地，两个6脉动换流单元的两个换流变压器，一个为星型连接，一个为三角形连接。

进一步地，所述步骤（1）中，根据换流阀两端操作过电压水平来确定阀避雷器电阻片的串联数，阀避雷器电阻片的串联数用下述表达式表示：

$N_{\mathrm{arr}\_n}=\frac{\mathrm{SIPL}}{k_R{U}_{R\_r}}---<1>;$

其中：

N_{arr_n}：阀避雷器电阻片串联数；

k_R：阀避雷器单个电阻片残压偏差值，为1.02～1.05V；

U_{R_r}：阀避雷器电阻片残压值；

SIPL：跨阀操作冲击保护水平。

进一步地，所述步骤（2）中，根据避雷器的能量吸收能力确定阀避雷器电阻片总数，阀避雷器电阻片总数为串并联的电阻片之和，包括下述步骤：

<a>判断总的电阻片能量吸收能力是否大于工程规定的换流阀能量吸收能力；

<b>若大于工程规定的换流阀能量吸收能力，则阀避雷器的并联柱数-1；否则，阀避雷器的并联柱数+1；

<c>继续判断阀避雷器的并联柱数-1时能量吸收能力是否小于工程规定的换流阀能量吸收能力，若是则进行步骤（3）；否则，返回步骤（1）；

并继续判断阀避雷器的并联柱数+1时能量吸收能力是否大于工程规定的换流阀能量吸收能力，若是则进行步骤（3）；否则，返回步骤（1）。

进一步地，所述步骤（3）中，通过换流阀全工况仿真，对阀避雷器的配置进行校核，包括下述步骤：

A、根据选定的阀避雷器电阻片串联数和并联柱数，并参照电阻片的U-I特性，建立阀避雷器电气模型；

B、判断电组片每个并联柱的漏电流是否小于工程规定的阀避雷器开通电流I_on：若小于工程规定的阀避雷器开通电流I_on，校核结束；否则，增加电阻片并联柱数同时确定电阻片串联数，并返回步骤A。

进一步地，所述阀避雷器的电气模型是根据阀避雷器电阻片的U/I关系、避雷器电阻片串并联数建立的非线性电阻模型，避雷器的电阻值随着避雷器两端电压的变化而变化，反映避雷器的非线性特性。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的换流阀阀避雷器配置方法，通过换流阀全工况仿真电路确定持续运行电压最大峰值（PCOV），可以得出避雷器长期工作电压的精确数值；并且根据选定的阀避雷器电阻片串并联数，参照电阻片U/I特性曲线，建立阀避雷器电气模型，将避雷器电气模型放入阀换流阀全工况仿真电路中，直接对阀避雷器的漏电流进行校核，可以直观地得出避雷器的漏电流是否超出了起始动作电流，这种校验方法比传统方法更加精确。

附图说明

图1是本发明提供的换流阀阀避雷器配置方法流程图；

图2是避雷器电阻片U/I特性曲线；

图3是本发明提供的换流阀单阀电压仿真波形图；

图4是本发明提供的避雷器漏电流仿真波形图；

图5是本发明提供的换流阀及阀避雷器结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的换流阀阀避雷器配置方法流程图如图1所示，包括下述步骤：

（1）根据换流阀两端操作过电压水平来确定阀避雷器电阻片的串联数N_{arr_n}，阀避雷器电阻片的串联数用下述表达式表示：

$N_{\mathrm{arr}\_n}=\frac{\mathrm{SIPL}}{k_R{U}_{R\_r}}---<1>;$

其中：

N_{arr_n}：阀避雷器电阻片串联数；

k_R：阀避雷器单个电阻片残压偏差值，为1.02～1.05V；

U_{R_r}：阀避雷器电阻片残压值；

SIPL：跨阀操作冲击保护水平。

（2）根据避雷器的能量吸收能力来确定阀避雷器并联柱数n，进而确定阀避雷器电阻片总数N_{t_n}。

根据避雷器的能量吸收能力确定阀避雷器电阻片总数，阀避雷器电阻片总数为串并联的电阻片之和，包括下述步骤：

<a>判断总的电阻片能量吸收能力是否大于工程规定的换流阀能量吸收能力；

<b>若大于工程规定的换流阀能量吸收能力，则阀避雷器的并联柱数-1；否则，阀避雷器的并联柱数+1；

<c>继续判断阀避雷器的并联柱数-1时能量吸收能力是否小于工程规定的换流阀能量吸收能力，若是则进行步骤（3）；否则，返回步骤（1）；

并继续判断阀避雷器的并联柱数+1时能量吸收能力是否大于工程规定的换流阀能量吸收能力，若是则进行步骤（3）；否则，返回步骤（1）。

（3）通过换流阀全工况仿真电路对阀避雷器的配置进行校核：

A、根据选定的阀避雷器电阻片串联数和并联柱数，并参照电阻片的U-I特性，建立阀避雷器电气模型；所述阀避雷器的电气模型是根据阀避雷器电阻片的U/I关系、避雷器电阻片串并联数建立的非线性电阻模型，避雷器的电阻值随着避雷器两端电压的变化而变化，反映避雷器的非线性特性。本发明提供的换流阀及阀避雷器结构图如图5所示。

B、判断电组片每个并联柱的漏电流是否小于工程规定的阀避雷器开通电流I_on：若小于工程规定的阀避雷器开通电流I_on，校核结束；否则，增加电阻片并联柱数同时确定电阻片串联数，并返回步骤A。

实施例

某工程跨阀操作冲击保护水平为420kV，阀避雷器电阻片U/I曲线如图2所示，每支电阻片的能量吸收能力为37kJ，避雷器单个电阻片残压偏差值1.03，工程要求对应于SIPL的避雷器泄放电流为3kA，要求避雷器能量吸收能力为6000kJ，初步拟定避雷器并联柱数n为5柱，则每柱避雷器的泄放电流为600A，查图2曲线可得对应于600A泄放电流电阻片的残压为11.5kV，根据已知的SIPL和U_{R_r}值可以计算出避雷器电阻片的串联数N_{arr_n}：

$N_{\mathrm{arr}\_n}=\frac{\mathrm{SIPL}}{k_R{U}_{R\_r}}=\frac{420}{1.03\&times;11.5}=35.5$

为保证避雷器的过电压保护能力，N_{arr_n}取35，则避雷器电阻片总数为175，能量吸收能力为6475kJ，6475kJ>6000kJ，把避雷器并联柱n数减小为4，则避雷器电阻片总数为140，能量吸收能力为5180kJ，5180kJ<6000kJ，所以阀避雷器电阻片并联柱数为5，串联数为35是合适的。

根据选定的阀避雷器电阻片串联数和并联柱数，并参照电阻片的U-I特性，建立阀避雷器电气模型；把仿真模型放入换流阀全工况仿真电路中，得到阀避雷器两端电压波形如图3所示，阀避雷器单柱漏电流如图4所示，单柱漏电流最大值为0.4mA，小于避雷器开通电流I_on（1mA）。仿真结论说明所选的阀避雷器并联柱数和电阻片串联数满足工程要求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种换流阀阀避雷器配置方法，所述方法用的***为换流阀***，包括12脉动换流单元，12脉动换流单元由两个6脉动换流单元串联组成；其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)确定阀避雷器电阻片的串联数；

(2)确定阀避雷器电阻片总数；

(3)对阀避雷器的配置进行校核；

所述步骤(1)中，根据换流阀两端操作过电压水平来确定阀避雷器电阻片的串联数，阀避雷器电阻片的串联数用下述表达式表示：

$N_{arr\_n}=\frac{SIPL}{k_R{U}_{R\_r}}---<1>;$

其中：

N_{arr_n}：阀避雷器电阻片串联数；

k_R：阀避雷器单个电阻片残压偏差值，为1.02～1.05V；

U_{R_r}：阀避雷器电阻片残压值；

SIPL：跨阀操作冲击保护水平；

所述步骤(2)中，根据避雷器的能量吸收能力确定阀避雷器电阻片总数，阀避雷器电阻片总数为串并联的电阻片之和，包括下述步骤：

<a>判断总的电阻片能量吸收能力是否大于工程规定的换流阀能量吸收能力；

<b>若大于工程规定的换流阀能量吸收能力，则阀避雷器的并联柱数-1；否则，阀避雷器的并联柱数+1；

<c>继续判断阀避雷器的并联柱数-1时能量吸收能力是否小于工程规定的换流阀能量吸收能力，若是则进行步骤(3)；否则，返回步骤(1)；

并继续判断阀避雷器的并联柱数+1时能量吸收能力是否大于工程规定的换流阀能量吸收能力，若是则进行步骤(3)；否则，返回步骤(1)；

所述步骤(3)中，通过换流阀全工况仿真，对阀避雷器的配置进行校核，包括下述步骤：

A、根据选定的阀避雷器电阻片串联数和并联柱数，并参照电阻片的U-I特性，建立阀避雷器电气模型；

B、判断电组片每个并联柱的漏电流是否小于工程规定的阀避雷器开通电流I_on：若小于工程规定的阀避雷器开通电流I_on，校核结束；否则，增加电阻片并联柱数同时确定电阻片串联数，并返回步骤A；

所述阀避雷器的电气模型是根据阀避雷器电阻片的U/I关系、避雷器电阻片串并联数建立的非线性电阻模型，避雷器的电阻值随着避雷器两端电压的变化而变化，反映避雷器的非线性特性。

2.如权利要求1所述的阀避雷器配置方法，其特征在于，所述6脉动换流单元包括：换流变压器、换流阀和阀避雷器；换流变压器通过换流阀***的等效电抗器与三相整流桥连接；三相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成，每个桥臂均由换流阀构成；每个换流阀两端并联阀避雷器；

所述换流阀包括阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联。

3.如权利要求2所述的阀避雷器配置方法，其特征在于，两个6脉动换流单元的两个换流变压器，一个为星型连接，一个为三角形连接。