CN106324397A - 超高压直流输电工程换流变交流回路***现场检验方法 - Google Patents

Abstract

超高压直流输电工程换流变交流回路***现场检验方法，该方法在完成安装及交接试验的换流变压器上进行，换流阀安装完毕且始终处于闭锁状态；临时拆除交流500kV GIS至换流变压器的引流线，接入试验的交流变压器T，在换流变压器交流网侧通过交流变压器T施加试验电压，Y/Y换流变及Y/△换流变阀侧绕组分别接地的方式，通过对一次试验电流、一次试验电压及二次电流、二次电压的幅值、相位的检测，判断从换流变压器的一次接线到二次回路是否存在回路缺陷。本发明可实现对换流变压器交流回路***设计、施工、调试质量的全面检测，提高直流输电安全稳定运行水平。

Description

超高压直流输电工程换流变交流回路***现场检验方法

技术领域

本发明涉及超高压直流输电技术领域。

背景技术

在超高压直流输电***中，换流变压器与换流阀一起实现交流电与直流电之间的相互变换，是超高压直流输电***中最核心的设备，其交流电流、电压回路则是换流变压器乃至直流输电***安全稳定运行的基础，交流回路设计、施工的正确与否，将直接决定直流输电的稳定和安全。

首先，换流变压器处在交、直流电压相互变换的核心位置，既有网首套管、网末套管，又有阀侧星形连接首端套管、末端套管，阀侧角形连接首端套管、末端套管，其交流电流、电压回路既要考虑与网侧交流保护、测量、计量等二次回路的配合，又要确保与阀侧换流器控制、保护***的准确配合，换流器复杂的接线形势和换相特征给换流变压器继电保护的设计、施工和调试带来了很大的挑战。

其次，换流变压器本体交流回路的测点众多，相关二次回路设计安装接线形式多种多样。交流回路二次电缆须经过换流变本体二次接线端子盒→本体转接箱→风冷控制箱→三相汇控箱→测量控制设备.其二次回路现场安装接线形式有端子连接、航空插头连接，再到端子连接,二次接口元件较多，设计、安装接线的过程中极易留下非常隐蔽的回路缺陷。任何环节的工作疏漏，都会给直流输电***的安全稳定运行埋下隐患，对设计、施工、调试的质量水平要求较高。

再次，现场须根据换流阀触发顺序不同，通过一次安装接线，将六台单相换流变压器连接为Y0/Y接线、Y0/D11或Y0/D5接线。一次安装接线复杂，其正确性缺乏有效的验证。

基于换流变压器在高压直流输电***中的核心地位和重要性，再加之交流回路***一、二次安装接线的复杂性，仅仅按照现有技术所采用的根据个人经验，通过回路接线核对、局部试验等手段，已经难以发现交流回路开路、电压回路短路、极性接反、变比错误、总线错误等缺陷，从而可能导致换流变压器在投运的过程中，投运中断或推迟，甚至设备损坏或***事故。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，实现对换流变压器交流回路***设计、施工、调试质量的全面检测，提高直流输电安全稳定运行水平，提供一种超高压直流输电工程换流变交流回路***现场检验方法。

本发明的目的通过如下方法实现：

超高压直流输电工程换流变交流回路***现场检验方法，该方法在完成安装及交接试验的换流变压器上进行，换流阀安装完毕且始终处于闭锁状态；临时拆除交流500kVGIS至换流变压器的引流线，接入试验的交流变压器T，在换流变压器交流网侧通过交流变压器T施加试验电压，Y/Y换流变及Y/△换流变阀侧绕组分别接地的方式，通过对一次试验电流、一次试验电压及二次电流、二次电压的幅值、相位的检测，判断从换流变压器的一次接线到二次回路是否存在回路缺陷；

具体试验方法是在换流变压器网侧一次回路施加试验电源U_T，当换流变压器的第一接地刀闸Q51处于合位、第二接地刀闸Q52处于分位时，完成对换流变压器网侧TV、Y/△换流变压器阀侧TV、Y/Y换流变压器电流回路***检测；当第一接地刀闸Q51处于分位、第二接地刀闸Q52处于合位时，完成对Y/Y换流变压器阀侧电压、Y/△换流变压器电流回路***检测，从而实现对换流变压器交流回路***的完整检测；检测投入的试验电源为三相正序对称电源；

该方法中的关键试验参数根据公式：试验电流＝试验电压U_T/短路阻抗Z_T，对单相换流变短路阻抗Z_T进行计算，估算得到一次试验电流，从而确定试验变压器T的容量；

换流变压器交流回路***试验的换流变短路阻抗Z_T的估算，在工程计算中可将换流变压器的电抗值X_T视同为换流变短路阻抗Z_T，根据下述公式计算：

$X_T\≈\frac{U_k\%}{100}\×\frac{U_N^2}{S_N};$

式中：X_T为单相换流变折算至网侧的电抗值，单位为欧姆；

U_K为换流变压器的短路电压，即变压器短路试验时，短路绕组通过额定电流时在阻抗上的电压降，单位为千伏；

U_N为换流变的额定相电压，单位为千伏；

S_N为换流变的单相额定容量，单位为兆伏安；

试验的结果判别方法如下：

试验变压器为Y-Y接线，以试验变压器低压侧380V交流试验电源A相电压为基准，试验电源电压A、B、C三相幅值相等，相角互差120°正相序，测量试验变压器380V侧三相输入电流，通过试验变压器变比折算换流变网侧一次施加的试验电流；

(1)在控制保护屏，分别测量换流变网侧TV、阀-Y侧TV、阀-△侧TV二次绕组、三次绕组各相电压、线电压、开口三角电压的幅值，并定相；

(2)在控制保护屏，分别测量Y-Y换流变网侧绕组首端TA、末端TA、阀侧绕组首端TA、末端TA二次电流回路各相电流幅值、相位，并测量零序电流；

(3)在控制保护屏，分别测量Y-△换流变网侧绕组首端TA、末端TA、阀侧绕组首端TA、末端TA二次电流回路各相电流幅值、相位，并测量零序电流；

将换流变交流回路***各测点的二次电流、二次电压实测的幅值和相位与一次试验电流、一次试验电压折算值进行比较，一次试验电流、二次电流、一次试验电压、二次电压的幅值和相位关系与试验的交流变压器、换流变压器的变比、一次绕组的连接组别相符，且试验电流相位滞后电压约80°，呈感性；换流变压器同侧绕组首端TA与末端TA电流幅值相同，相位相差180°；换流变压器网侧与阀侧绕组首端TA电流幅值关系与换流变的变比、连接组别相符，相位相差180°，末端TA电流幅值关系与换流变压器的变比、连接组别相符，相位相差180°。

本发明方法充分结合了换流变压器短路阻抗较普通交流变压器大、短路容量可控的特点，在换流变压器交流网侧通过交流变压器T施加试验电压，Y/Y换流变及Y/D换流变阀侧绕组分别接地的方式，通过对一次试验电流、电压及二次电流、电压的幅值、相位的检测，全面判断从换流变压器的一次接线到二次回路是否存在回路缺陷。

附图说明

图1为换流变交流回路***试验等值电路图；

图2为本发明方法的换流变交流回路***检验等值电路图；

图3为单相双绕组换流变阻抗模型。

具体实施方式

本发明所述超高压直流输电工程换流变交流回路***现场检验方法，是在完成安装及交接试验的换流变压器上进行，换流阀安装完毕且始终处于闭锁状态；临时拆除交流500kV GIS至换流变压器的引流线，接入试验的交流变压器T，在换流变压器交流网侧通过交流变压器T施加试验电压，Y/Y换流变及Y/△换流变阀侧绕组分别接地的方式，通过对一次试验电流、一次试验电压及二次电流、二次电压的幅值、相位的检测，判断从换流变压器的一次接线到二次回路是否存在回路缺陷。试验等值电路如图1所示。图1中Z_T为换流变短路阻抗，U_T为试验变压器施加的试验电压。

如图2所示，试验前，换流变压器的安装及试验已完成，换流阀的安装工作已结束，换流阀始终处于闭锁状态。为了实现换流变交流回路***一次到二次，电压、电流回路的同步完整检测，一次施加的试验电压应足够高。临时拆除交流500kV GIS至换流变的引流线，接入试验用的交流变压器T，建议采用Y-y0接线。试验过程中，在换流变网侧一次回路施加试验电源，当接地刀闸Q51处于合位、Q52处于分位时，可完成对换流变网侧TV、Y/△换流变阀侧TV、Y/Y换流变电流回路***检测；当接地刀闸Q51处于分位、Q52处于合位时，又可完成对Y/Y换流变阀侧电压、Y/△换流变电流回路***检测，从而实现对换流变交流回路***的完整检测。试验原理接线简单，其关键在于对试验参数的计算和对试验结果的判别。

试验参数的计算方法如下：换流变交流回路***试验首先应对换流变短路阻抗Z_T进行计算。通过公式：试验电流＝试验电压U_T/短路阻抗Z_T，即可估算一次试验电流，选择交流变压器容量。

投入的试验电源为三相正序对称电源，换流变压器为单相双绕组或三相三绕组或单相三绕组结构。只需对换流变短路阻抗Z_T进行计算。其计算模型如图3所示。

图3中，R_T、X_T分别代表变压器电阻、电抗。变压器的励磁支路可以用导纳表示，其中G_T、B_T分别代表变压器电导和电纳。工程计算中，常将变压器励磁支路前移到电源侧，并将二次绕组的电阻和漏抗折算到一次绕组，并和一次绕组的电阻和漏抗合并，用短路阻抗R_T+jX_T来表示(R_T+JX_T是Z_T的复数表示方式，j表示虚部)。对于大容量换流变压器的阻抗，主要以电抗为主，直流电阻可忽略不计，亦即变压器的电抗和阻抗数值上接近相等；另外，因换流变压器的空载电流相对额定电流来说是非常小的，其导纳G_T-jB_T可忽略不计(图3中G_T-jB_T代表换流变压的导纳)，因此，可近似认为，换流变压器铭牌上给出的短路电压比U_k％(也称为阻抗电压比)与变压器的电抗有如下关系：

$X_T\≈\frac{U_k\%}{100}\×\frac{U_N^2}{S_N}$

式中：U_K—换流变的短路电压(即变压器短路试验时，短路绕组通过额定电流时在阻抗上的电压降)，单位为千伏(kV)；

U_N—换流变的额定相电压，单位为千伏(kV)；

X_T—换流变折算至一次侧的总电抗，单位为欧姆(Ω)；

S_N—换流变的单相额定容量，单位为兆伏安(MVA)。

据此，可估算出换流变交流回路***试验的换流变短路阻抗Z_T。

试验结果判别方法如下：

交流变压器T为Y-Y接线，以交流变压器低压侧380V交流试验电源A相电压为基准，试验电源电压A、B、C三相幅值应相等，相角互差120°正相序。测量交流变压器380V侧三相输入电流，通过交流变压器变比折算换流变网侧一次施加的试验电流：

(1)在控制保护屏，分别测量换流变网侧TV、阀-Y侧TV、阀-△侧TV二次绕组、三次绕组各相电压、线电压、开口三角电压的幅值，并定相；

(2)在控制保护屏，分别测量Y-Y换流变网侧绕组首端TA、末端TA、阀侧绕组首端TA、末端TA二次电流回路各相电流幅值、相位，并测量零序电流；

(3)在控制保护屏，分别测量Y-△换流变网侧绕组首端TA、末端TA、阀侧绕组首端TA、末端TA二次电流回路各相电流幅值、相位，并测量零序电流；

将换流变交流回路***各测点的二次电流、二次电压实测的幅值和相位与一次试验电流、一次试验电压折算值进行比较，一次试验电流、二次电流、一次试验电压、二次电压的幅值和相位关系应与试验的交流变压器、换流变压器的变比、一次绕组的连接组别相符，且试验电流相位滞后电压约80°，呈感性；换流变同侧绕组首端TA与末端TA电流幅值应相同，相位相差180°；换流变网侧与阀侧绕组首端TA电流幅值关系应与换流变的变比、连接组别相符，相位相差180°，末端TA电流幅值关系应与换流变的变比、连接组别相符，相位相差180°。

本发明方法的一个现场检验实例如下：

±500kV金官换流站采用单极一组12脉动换流器的结构，由两个6脉动的换流器在直流侧串联、交流侧通过6台单相双绕组的换流变压器的网侧绕组而并联。换流变压器的阀侧绕组一个为星形接线构成Y-Y换流变，而另一个为三角形接线构成Y-D换流变，使两个6脉动换流器的交流侧，得到相位相差30°的换相电压，从而实现12脉动换相。

单台换流变的额定容量S_N为317.6MVA，为确保在换流变阀侧获得较高试验电压和电流，试验时，将换流变有载调压分接开关的档位置最低档即-6档，网侧相电压U_N为短路电压比U_k％为15.95。得出：

$X_T\≈\frac{L_k\%}{100}\×\frac{L_N^2}{S_N}=39.479\mathrm{\Ω}$

结合现场条件，试验变压器T采用容量为50kVA、额定电压为380V/1000V/2000V，连接组别为Y/y₀地阻测试变压器，并选择试验电压U_T＝1000V。得出：

$I_s=\frac{U_T}{Z_T}=14.63A$

即换流变网侧绕组输入一次电压为1000V，一次试验电流为14.63A。换流变交流回路现场检验数据如附表1所示：

附表1：极1换流变交流回路现场检验报告

试验对换流变交流回路***电流、电压互感器的整定变比、极性及回路的完整性进行了全面检测，过程中发现了电流回路存在变比抽头错误、极性接线错误的回路缺陷，通过试验进行了接线修改，确保了金官换流站极1、极2换流变压器的一次带电成功，并为后续的直流***调试工作的顺利进行，打下了坚实基础。

本发明提供了一套换流变压器交流回路***从一次到二次、从回路到装置、从接口到主机进行完善检验的方法，实现了对换流变压器交流回路***设计、施工、调试质量的全面检测，可提高直流输电安全稳定运行水平。

Claims (1)

1.超高压直流输电工程换流变交流回路***现场检验方法，其特征在于，该方法在完成安装及交接试验的换流变压器上进行，换流阀安装完毕且始终处于闭锁状态；临时拆除交流500kV GIS至换流变压器的引流线，接入试验的交流变压器T，在换流变压器交流网侧通过交流变压器T施加试验电压，Y/Y换流变及Y/△换流变阀侧绕组分别接地的方式，通过对一次试验电流、一次试验电压及二次电流、二次电压的幅值、相位的检测，判断从换流变压器的一次接线到二次回路是否存在回路缺陷；

具体试验方法是在换流变压器网侧一次回路施加试验电源U_T，当换流变压器的第一接地刀闸Q51处于合位、第二接地刀闸Q52处于分位时，完成对换流变压器网侧TV、Y/△换流变压器阀侧TV、Y/Y换流变压器电流回路***检测；当第一接地刀闸Q51处于分位、第二接地刀闸Q52处于合位时，完成对Y/Y换流变压器阀侧电压、Y/△换流变压器电流回路***检测，从而实现对换流变压器交流回路***的完整检测；检测投入的试验电源为三相正序对称电源；

该方法中的关键试验参数根据公式：试验电流＝试验电压U_T/短路阻抗Z_T，对单相换流变短路阻抗Z_T进行计算，估算得到一次试验电流，从而确定试验变压器T的容量；

换流变压器交流回路***试验的换流变短路阻抗值Z_T的估算，在工程计算中可将换流变的电抗值X_T视同为换流变短路阻抗值Z_T，根据下述公式计算：

$X_T\≈\frac{U_k\%}{100}\×\frac{U_N^2}{S_N};$

式中：X_T为单相换流变折算至网侧的电抗值，单位为欧姆；

U_K为换流变压器的短路电压，即变压器短路试验时，短路绕组通过额定电流时在阻抗上的电压降，单位为千伏；

U_N为换流变的额定相电压，单位为千伏；

S_N为换流变的单相额定容量，单位为兆伏安；

试验的结果判别方法如下：

试验变压器为Y-Y接线，以试验变压器低压侧380V交流试验电源A相电压为基准，试验电源电压A、B、C三相幅值相等，相角互差120°正相序，测量试验变压器380V侧三相输入电流，通过试验变压器变比折算换流变网侧一次施加的试验电流；

(1)在控制保护屏，分别测量换流变网侧TV、阀-Y侧TV、阀-△侧TV二次绕组、三次绕组各相电压、线电压、开口三角电压的幅值，并定相；

(2)在控制保护屏，分别测量Y-Y换流变网侧绕组首端TA、末端TA、阀侧绕组首端TA、末端TA二次电流回路各相电流幅值、相位，并测量零序电流；

(3)在控制保护屏，分别测量Y-△换流变网侧绕组首端TA、末端TA、阀侧绕组首端TA、末端TA二次电流回路各相电流幅值、相位，并测量零序电流；

将换流变交流回路***各测点的二次电流、二次电压实测的幅值和相位与一次试验电流、一次试验电压折算值进行比较，一次试验电流、二次电流、一次试验电压、二次电压的幅值和相位关系与试验的交流变压器、换流变压器的变比、一次绕组的连接组别相符，且试验电流相位滞后电压约80°，呈感性；换流变压器同侧绕组首端TA与末端TA电流幅值相同，相位相差180°；换流变压器网侧与阀侧绕组首端TA电流幅值关系与换流变的变比、连接组别相符，相位相差180°，末端TA电流幅值关系与换流变压器的变比、连接组别相符，相位相差180°。