一种换流阀均压测试仪的研制

王玄之，崔 鹏，王 思，杜 巍，张 璞，杨稼祥，白明俊

（国网宁夏检修公司，宁夏 银川 750011）

1 新型换流阀均压测试仪的研究背景

晶闸管是换流阀的核心元器件，担负交流/直流变换的重任。单一直流输电工程晶闸管数量最多达8 064只，单只最大峰值电压8.5 kV，若其通断异常，将导致晶闸管故障，引发雪崩击穿造成直流系统强迫停运。按《国家电网公司直流换流站检测管理规定》要求，每年需停电对晶闸管进行特性测试，以保障直流系统可靠运行[1-2]。

本文论述了一种新型换流阀均压测试仪器，本仪器实现了晶闸管均压并行测试，解决了传统测试需频繁拆接电气连接、仅能对单只晶闸管测量的局限性，实现晶闸管整组测试。由单个晶闸管或若干晶闸管并联，与紧靠它们的辅助设备组成的阀部件，称为晶闸管级。图1为晶闸管级电路图。

图1 晶闸管级电路图

2 现有换流阀均压测试方法存在的问题

目前换流站采用的晶闸管均压测试方法，一般采用万用表、电容表对单只晶闸管及其辅助电路进行测量，根据测量结果判断元件是否处于正常工作状态。目前，晶闸管测试面临以下问题。

1）每只晶闸管搭接3条辅助电路，传统均压测试方法需断开数千只晶闸管电气连接，逐一测量、记录、比对，拆装接头超2万个，误恢复风险高，工程量大、耗时长，成为制约停电检修时间的第一要素。

2）测试人员仅能通过晶闸管通断状态判断其是否正常，无法对导通情况下的轻微故障进行识别、预判，存在亚健康运行风险。近年来，已发生4起由晶闸管轻微故障演变而成的直流闭锁事故。

3）测试时需至少两人乘作业车在20~30 m处不同阀塔间频繁转移开展，现有外接电源供电测试仪器重达80 kg，在持续加压、人工搭接表笔测量过程中，车辆载重接近极限、电源线牵绊摆动、人身触电等风险突出。

3 新型换流阀均压测试仪研究

3.1 整体功能

本仪器在不打开晶闸管级电气连接的情况下，可同时测量一个阀组件的各晶闸管级（最多12个）的均压特性，并可以分别测试晶闸管级在直流以及50 Hz、100 Hz、10 kHz频率交流的阻抗值是否合格。本仪器自带测试源信号，自动记录数据，无需外部电源供电。

3.2 仪器组成

一是直流24 V锂电池：采用大容量大功率锂电池。二是信号源选择模块：使用合理的逻辑电路使得4种信号可靠互斥，避免不同信号之间的串扰，从而避免产生危险。三是直流/直流电源模块：获得系统所需的±45 V双电源。四是直流/交流逆变模块：生成交流220 V 50 Hz电源信号。五是数据处理模块：进行模拟/数字（A/D）转换，并进行数据的整理、显示和无线发送。六是10 kHz信号模块：产生10 kHz 220 V高频交流电压信号。七是100 Hz信号模块：产生100 Hz 220 V交流电压信号。八是升压变压器：将220 V升压至1 320 V。九是倍压整流模块：获得高压直流1 320 V信号[3-4]。

3.3 测试过程

在操作界面，按下“开始记录”按钮，上位机开始记录每个晶闸管级测量数据，每0.5 s记录一组数据；按下“结束记录”按钮后，自动生成一个数据文件；在生成新文件后，记录文件信息到数据库，并删除超出设定个数的最先文件。选择要生成报表的晶闸管组别后，生成所选组别的报表，包括组别号，测试时间，每个晶闸管的最大值、最小值、平均值及测试报表。图2为测试过程流程图。

图2 测试过程流程图

4 新型换流阀均压测试仪系统的实现

4.1 硬件系统

为实现晶闸管级均压测试设备小型化以及晶闸管组件均压测试时无需在阀组件上外加测试信号，并可由本仪器自行产生测试所需的直流以及50 Hz、100 Hz、10 kHz频率交流电压信号以及分别测试晶闸管级在直流、低频交流、高频交流信号下的均压特性，在确保测试准确性，考虑测试精度、抗干扰性能等方面参数后，进行硬件选择，部分硬件参数见表1。

表1 部分硬件参数表

机箱采用全铝合金机箱，见图3。本仪器具有体积小、质量轻、便于携带、导热良好、防电磁辐射等优点，适合换流站现场作业需流动开展的实际情况[5-6]。

图3 全铝合金机箱

4.2 软件系统

4.2.1 软件功能

软件系统采用C语言编写，可实现超限报警、通道校正、数据记录、报表生成、事件和日志记录、文件管理等功能，可实时监测6路晶闸管级电压信号、总电压信号、电流信号有效值，并保证数据每1 s刷新一次。图4为软件模块结构图。

图4 软件模块结构图

4.2.2 软件操作

软件主界面左侧为功能按钮区，右侧为实时监测区。左侧功能按钮包括：“通信设置”“报警设置”“系数调节”“数据记录”“报表生成”和“退出系统”按钮。右侧最上面显示目前通信状态，如果与下位机通信正常，则显示“通信中”；右上角为“停止/刷新”按钮。第111页图5为测试软件主界面及测试结果界面[7-8]。

图5 测试软件主界面及测试结果界面

5 结束语

本文结合实际，分析了目前晶闸管均压测试过程中存在的难点，适应均压测试的实际工作环境，设计了相关硬件软件支撑系统。本仪器的研制实现了晶闸管均压测试仪的简便化、自动化、智能化改进，可有效降低晶闸管试验仪器的成本，提高晶闸管试验效率，保障试验人员的人身安全，极大地提高了晶闸管试验水平，保障了直流工程的运行安全。本仪器的研发符合智能电网对便携式设备的要求，可广泛应用在高压直流输电工程中，随着高压直流输变电工程的迅速发展，推广前景极为广阔[9]。