陸 翌，胡文堂，陳金法，趙啟承，金涌濤

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

500 kV直流融冰兼動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)工程是浙江省電力公司的重點(diǎn)項(xiàng)目，所采用的直流融冰兼動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置 （下簡稱 “融冰兼動(dòng)補(bǔ)裝置”）安裝于金華500 kV雙龍變電站。該裝置可以靈活簡便地從動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償模式切換到直流融冰模式，其核心設(shè)備是由晶閘管組成的整流器[1]。對晶閘管閥組的試驗(yàn)可參照靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）的規(guī)程進(jìn)行，但也有其獨(dú)特的要求。筆者結(jié)合金華500 kV雙龍變直流融冰兼動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了此類裝置晶閘管閥的現(xiàn)場試驗(yàn)方法，并提出了一些注意事項(xiàng)。

1 晶閘管閥的構(gòu)成

融冰兼動(dòng)補(bǔ)裝置采用六相12脈可控整流電路，如圖1所示，共有2組三相6脈晶閘管閥組，每組晶閘管閥又由3個(gè)單相6脈沖晶閘管閥組成。每個(gè)單相晶閘管閥由1個(gè)正橋臂和1個(gè)負(fù)橋臂串接組成 （見圖2），并采用N+2冗余原則，即每個(gè)橋臂上任意2個(gè)晶閘管損壞，整個(gè)閥體仍然可以正常工作。

晶閘管采用光電式觸發(fā)方式。每個(gè)晶閘管配有1個(gè)晶閘管電子電路（TE），其功能是將控制系統(tǒng)進(jìn)來的光觸發(fā)信號（脈沖）轉(zhuǎn)換為觸發(fā)電流脈沖，使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，同時(shí)將晶閘管的狀態(tài)信號（正常/損壞）轉(zhuǎn)換為光脈沖信號轉(zhuǎn)發(fā)給控制系統(tǒng)，從而使控制系統(tǒng)發(fā)出晶閘管告警或保護(hù)信號。

晶閘管過電壓保護(hù)采用擊穿二極管保護(hù)電路（Break Over Diode，BOD），能在觸發(fā)脈沖丟失等極端情況下強(qiáng)制導(dǎo)通晶閘管以保護(hù)設(shè)備安全。

控制系統(tǒng)與晶閘管電子電路間通過光纖連接，每塊TE電路連接2根光纖，分別傳送晶閘管觸發(fā)信號和回送狀態(tài)信號。

晶閘管采用水冷卻，水冷散熱器串聯(lián)于晶閘管閥串中。

圖1 六相12脈可控整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 單相閥的結(jié)構(gòu)示意圖

2 閥體均壓試驗(yàn)

由于每相閥由多個(gè)晶閘管串聯(lián)而成，所以必須確保閥串所承受的電壓均勻分布到每個(gè)晶閘管上。閥體的均壓系數(shù)可以在低壓下測量，即在閥串兩端施加380 V電壓并測量每個(gè)晶閘管閥兩端的電壓。均壓系數(shù)η為：

式中：UT為閥串兩端的總電壓；UM為閥串中單個(gè)晶閘管所承受的最大電壓；ns為閥串串聯(lián)的晶閘管數(shù)。

以融冰兼動(dòng)補(bǔ)裝置1號閥組C相閥正向串為例，實(shí)際測得各晶閘管閥兩端的電壓如表1所示，其均壓系數(shù)以式（1）計(jì)算可得η為99.3%。

表1 1號閥組C相閥串的均壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

值得注意的是，閥體的均壓主要由晶閘管的RC阻尼回路來承擔(dān)[2]。RC阻尼回路采用的是水電阻，并且通常大功率電力電子設(shè)備的開關(guān)元件都串聯(lián)有水冷散熱器，所以在進(jìn)行均壓試驗(yàn)前必須確認(rèn)水冷系統(tǒng)已安裝調(diào)試完畢。在試驗(yàn)時(shí)，水冷系統(tǒng)可以不開啟，但是管道內(nèi)必須有水，并且已經(jīng)通過一段時(shí)間的過濾，各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到正常運(yùn)行要求。

3 晶閘管手動(dòng)觸發(fā)試驗(yàn)

晶閘管的手動(dòng)觸發(fā)試驗(yàn)主要是驗(yàn)證同一閥串上多個(gè)晶閘管開通和關(guān)斷時(shí)間的均衡性，以確保閥體起到應(yīng)有的均壓作用。如果試驗(yàn)條件允許，手動(dòng)觸發(fā)試驗(yàn)應(yīng)在閥體可承受的最高電壓下進(jìn)行，但也可以在低壓下進(jìn)行[3]。簡單試驗(yàn)接線如圖3所示。三相380 V接入閥組的交流輸入端，同時(shí)在直流側(cè)串聯(lián)一小電抗。試驗(yàn)時(shí)，控制系統(tǒng)給出觸發(fā)脈沖導(dǎo)通晶閘管，用示波器查看同一閥串上相鄰2個(gè)晶閘管之間的電壓（導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)刻）波形，如圖4所示，相鄰2個(gè)晶閘管應(yīng)基本同時(shí)導(dǎo)通。

圖3 閥組低電壓測試接線示意圖

如果現(xiàn)場條件允許，手動(dòng)觸發(fā)試驗(yàn)應(yīng)在最大和最小觸發(fā)角之間重復(fù)多次并且測量每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間。需要注意的是，不同型號的晶閘管存在大小不同的最小導(dǎo)通電壓。如果現(xiàn)場試驗(yàn)條件只允許進(jìn)行低壓觸發(fā)試驗(yàn)，但380 V的低壓又不足以導(dǎo)通整個(gè)閥組時(shí)，可以對單相閥或者閥串上某個(gè)閥段分別進(jìn)行試驗(yàn)。

4 低壓通電試驗(yàn)

在晶閘管閥的分系統(tǒng)調(diào)試中，最重要的環(huán)節(jié)是低壓通電試驗(yàn)。閥組在低電壓條件下模擬正常運(yùn)行工況，使設(shè)備本身的隱患可以在這一環(huán)節(jié)暴露出來，避免高壓情況下?lián)p壞設(shè)備。低壓通電試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證晶閘管電子電路、控制系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、晶閘管和光纖功能的正確性。試驗(yàn)接線同圖3。試驗(yàn)時(shí)控制系 統(tǒng)和水冷系統(tǒng)必須投入正常運(yùn)行。在監(jiān)控系統(tǒng)上啟動(dòng)融冰兼動(dòng)補(bǔ)裝置并調(diào)節(jié)到最小運(yùn)行工況后，依次檢查各晶閘管狀態(tài)和交流側(cè)電流信號，如果條件允許還應(yīng)測量裝置輸出的諧波電流含有量；檢查直流側(cè)電流信號，直流電流測量結(jié)果如圖5所示，為典型的6脈沖整流波形。

確認(rèn)裝置運(yùn)行正常后，還應(yīng)進(jìn)行以下試驗(yàn)：

（1）保護(hù)功能試驗(yàn)，即改變各項(xiàng)保護(hù)的整定值，使其低于當(dāng)前運(yùn)行值，驗(yàn)證保護(hù)能正常動(dòng)作。

（2）抗干擾試驗(yàn)，即驗(yàn)證控制系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的抗電磁干擾能力。試驗(yàn)時(shí)在距控制柜20 cm處，分別在開門和關(guān)門狀態(tài)下持手機(jī)通話，手機(jī)的發(fā)射功率應(yīng)在1～5 W。直流側(cè)和交流側(cè)的電流波形正常，沒有突變的現(xiàn)象，且沒有跳閘信號輸出。

圖5 閥組低壓通電時(shí)的直流電流波形

（3）系統(tǒng)冗余試驗(yàn)，即驗(yàn)證裝置備用系統(tǒng)和主系統(tǒng)之間的切換功能正常且切換過程平滑。如融冰兼動(dòng)補(bǔ)裝置的晶閘管電子電路有220VAC和220VDC 2路高頻電流源 （一主一備），試驗(yàn)時(shí)可手動(dòng)切除1路，檢查備用電源是否正常啟動(dòng)且裝置輸出無波動(dòng)。

5 模擬擊穿和丟失脈沖試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)M2種故障工況，驗(yàn)證晶閘管閥保護(hù)功能，同時(shí)驗(yàn)證光纖通信功能的正確性。

擊穿試驗(yàn)是模擬閥組有一個(gè)或多個(gè)晶閘管被擊穿，此時(shí)閥兩端的電壓由同一閥串上的其他晶閘管承受。為防止其他晶閘管乃至裝置的損壞，控制系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警或保護(hù)信號。具體試驗(yàn)步驟為：在閥兩端施加可以使其導(dǎo)通的電壓，并確認(rèn)控制系統(tǒng)已開啟，閥電子電路已供電。然后對晶閘管的狀態(tài)反饋光纖逐一插拔，確認(rèn)閥電子電路報(bào)警顯示正常。由于融冰兼動(dòng)補(bǔ)裝置的晶閘管閥采用N+2設(shè)計(jì)，當(dāng)1個(gè)晶閘管故障時(shí)應(yīng)報(bào)警，每串閥有3個(gè)及以上晶閘管故障時(shí)應(yīng)跳閘。

丟失脈沖試驗(yàn)是模擬一個(gè)晶閘管丟失脈沖情況下，丟失脈沖的晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)，而閥串上的其他晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，這樣閥串兩端電壓全部由1個(gè)晶閘管承受，如不將其強(qiáng)制導(dǎo)通則必然引起晶閘管損壞[4]。試驗(yàn)時(shí)裝置在低壓通電情況下正常運(yùn)行，通過拔除1個(gè)晶閘管的觸發(fā)光纖來模擬晶閘管連續(xù)多次丟失脈沖故障，脈沖丟失持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于相應(yīng)的保護(hù)時(shí)延。檢查晶閘管的BOD保護(hù)是否正確動(dòng)作，晶閘管是否被強(qiáng)制觸發(fā)。此試驗(yàn)可以檢驗(yàn)光纖連接是否正確，同時(shí)驗(yàn)證晶閘管觸發(fā)脈沖已發(fā)送并被正確接收，以檢驗(yàn)晶閘管BOD保護(hù)的正確性。

6 結(jié)語

晶閘管閥是融冰兼動(dòng)補(bǔ)裝置重要的子系統(tǒng)。由于現(xiàn)代電力電子裝置的高集成度，晶閘管閥的部分試驗(yàn) （耐壓、絕緣等）在安裝之前就可以完成。本文主要介紹融冰兼動(dòng)補(bǔ)裝置所用晶閘管閥的現(xiàn)場調(diào)試。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，提出以下注意事項(xiàng)和重要原則：

（1）在進(jìn)行均壓試驗(yàn)時(shí)，如果水冷系統(tǒng)未投入運(yùn)行，則必須確認(rèn)冷卻水的各項(xiàng)參數(shù) （電導(dǎo)率等）達(dá)到運(yùn)行要求。

（2）在進(jìn)行手動(dòng)觸發(fā)試驗(yàn)時(shí)，必須注意晶閘管的最小導(dǎo)通電壓。如果受現(xiàn)場條件限制，試驗(yàn)可以在閥串上分段進(jìn)行。

（3）低壓通電試驗(yàn)時(shí)雖然電流較小，但為了確保設(shè)備及人身安全，一般要求水冷系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（4）晶閘管擊穿保護(hù)和丟失脈沖保護(hù)無法通過改變保護(hù)定值來驗(yàn)證，必須以手動(dòng)插拔光纖來驗(yàn)證。

[1] 申屠剛，程極盛，江道灼，等.500 kV直流融冰兼動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)研發(fā)與工程試點(diǎn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（23）：75-80.

[2] T.BAUER，H.P.LIPS，G.THIELE，et al.Operational Tests on HVDC Thyristor Modules in a Synthetic Test Circuit for the Sylmar East Restoration Project[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1997，12 （3）：1151-1158.

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[4] J.URBANEK，R.J.PIWKO，E.V.LARSEN，et al.Thyristor Controlled Series Compensation Prototype Installation at the Slatt 500 kV Substation[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1993，8（3）：1460-1469.