[发明专利]有源式高压直流开关振荡回路状态评估系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压直流开关振荡回路状态评估技术，尤其涉及一种有源式高压直流开关振荡回路状态评估系统及其方法。

背景技术

从80年代末以来，我国直流输电技术的研究取得了突飞猛进的进展，目前国内已投运的±500kV直流工程有十余条。我国计划在2020年前投运的直流工程将超过30条；同时，为了实现“西电东送”战略，国家正大力推进包括±400kV、±660kV、±800kV和±1000kV特高压直流输电工程的建设，未来直流输电将成为我国电网的重要组成部分。

直流开关是直流输电工程换流站的重要设备之一，其主要作用是改变直流系统的运行方式和及时清除线路中出现的故障。到目前为止，在高压直流输电系统中的直流开关设计所采用的方法是基于交流开关的基础上，通过各种措施将通过交流开关的恒定电流转换为有电流零点的变换电流。这样利用传统意义上的交流开关所设计的直流开断方案，可以达到开断大电流的效果。现在典型的高压直流开关有无源型直流开关和有源型直流开关两种。当前国内各大换流站装设的直流开关主要有金属回路转换开关(MRTB)、大地回路转换开关(GRTS)、中性母线开关(NBS)等。

电力行业为了加强对变电技术管理，提高电网运行水平，减少事故，规范对直流电源的运行管理，国家电网公司制定了《直流电源系统设备评析标准》等企业规定和标准。目前，在新投运换流站交接以及已运行站的检修工作中，因为缺乏可靠的技术手段和先进的设备和装置，对直流开关振荡回路的检修工作未能有效开展，给安全生产带来了隐患。

湖北省电力试验研究院提出了一种振荡回路参数的测量方法，并已广泛应用到直流开关的现场试验中。这种测量方法必须是在离线的方式下进行的，且测量工作较为繁琐，工作量较大。图1为传统离线式测量MRTB(金属回路转换开关)振荡回路参数方法的电路原理图。

现场试验时，先将电容C两端电压充到300V左右，接着断开充电回路开关SW，并逐步闭合振荡回路开关S1和开断元件S2，此时电容C通过振荡回路放电，通过电阻分流计R和数字存储示波器SBQ完成对振荡回路电流的记录。

上述测量方法的不足之处是：

1、根据试验电流波形计算电感L和电阻R的前提是必须知道电容器C的容抗值，且现场试验时一般是使用万用表估测电容值，这给计算的精度也带来误差。

2、在搭建试验回路时，必须配置调压器和整流器等装置，由于整个直流断路器是安装在一个绝缘平台上，因而在给电容器C充电时，需从电容器C的两端引线下来；同时为了将电阻分流计R串接到放电回路中，必须从振荡回路的一个连接口上拆掉一根导线，这种试验方法接线较为繁琐，需要工作人员现场登高拆接导线；更严重的是，由于接入的导线自身的电感和电阻，会严重影响所计算得到的电感和电阻值的有效性和精确性。

3、整个试验过程必须在离线的状态下进行，导致测量的波形和计算的结果都缺乏实时性，不能有效地反映直流断路的开断过程和运行状况，同时也影响了直流输电系统的可靠性及能量可利用率。

到目前为止，直流开关的测量仪器都是在试验室和生产厂家进行，其相关的测试仪器都是采用“人工干预计算”。采用设备主要是大型充电机、直流屏、蓄电池组、毫秒计和波形记录仪等。

直流断路器与交流断路器相比，直流断路器所通过的电流为直流电流，没有可直接熄灭电弧的电流零点。因此，现有应用的直流断路器系统一般是在改装的交流断路器上加装包括电抗器、电容器所组成的振荡回路，通过振荡回路产生的高频振荡电流，实现断路器断口电流过零和电弧的熄灭，最终成功实现直流断路器的开断。因而直流断路器的开断能力与振荡回路的特性息息相关，振荡回路容抗、感抗和阻尼电阻的值直接影响到振荡回路中振荡电流的幅度、频率、衰减等；一旦振荡回路参数不能满足设计要求或不能良好匹配就有可能使得直流断路器开断时所产生的电弧不能熄灭，导致断路器开断失败，将对直流输电系统造成严重的后果。所以对振荡回路的状态进行实时的评估具有极其重要的意义。

现行的检修评估方案中，在换流站进行检修时运用专门的仪器或者用特定的试验方法来分别测定直流开关振荡回路中电阻R、电感L、电容C的具体值，进而估计振荡回路的状态，还有一种直流开关离线参数测量方法需要在回路中串入分流计进行试验。这些方法的缺点是：

1、这些方法全部是离线的，只有在换流站进行检修的时候进行，在换流站正常运行过程中无法得知这些值，而一旦当其中某些参数由于设备老化或者过电压冲击发生一些变化时，就是无法得知其变化的具体数值的。

2、直流开关分离元件多，试验的周期很长，花费的人力物力比较大。