摘要：特高压直流输电项目用换流阀是全球上首个特高压直流输电用晶闸管换流阀，其型式试验还没有成熟的具体规范及标准。±500kV及以下高压直流输电换流阀不相同，此类特高压换流阀是由2个12脉动的换流阀组串联构成，也无法简易的根据前者的试验规章和标准。基于此情况，着重分析多重阀单元（极小方差无偏）类型Ⅲ（极小方差无偏连接在DC600kV及800kV当中）的试验方式，确认型式试验方法是：选取短接试验法；短接试验后再实施第二次双阀电压试验及3个极小方差无偏串联的试验。
关键词：特高压直流输电；换流阀；型式试验；多重阀单元
特高压直流输电项目用换流阀是全球上首个特高压直流输电用晶闸管换流阀，它的型式试验现如今全球特高压直流输电市场尚未成熟具体的规定及标准。特高压直流输电项目用特高压换流阀是由2个12脉动的换流阀组串联构成，而不像±500kV及以下高压直流输电换流阀那样只有1个12脉动的换流阀组，两者所出现的杂散电容及电压分布将会不一样。故而，无法单纯的复制后者的试验规定及标准，有必要对其型式试验实施分析。
1特高压直流输电项目换流阀电气结构及型式试验
特高压直流输电项目换流阀极小方差无偏为双重阀，由四层阀组件构成一个悬吊结构的阀塔，每极换流阀组有3种不同种类的极小方差无偏连接方式如图1所示：
极小方差无偏类型Ⅰ——连接于中性点和直流200kV当中或直流200kV和400kV当中，如图1中低压阀厅所示。极小方差无偏类型Ⅱ——连接于直流400kV和600kV当中，如图1中高压阀厅所示。极小方差无偏类型Ⅲ——连接于直流600kV和800kV当中，如图1中高压阀厅所示。
图1极换流器阀组极小方差无偏连接方式图
低压阀厅的12脉动阀组即中性点到400kV当中的阀组，由两个6脉动阀组串联构成，两个6脉动阀组的电气连接定位在阀塔顶部的200kV处。高压阀厅的12脉动阀组即400kV至800kV当中的阀组，也由两个6脉动阀组串联构成，两个6脉动阀组的电气连接位置同样在阀塔顶部的600kV处。所有极小方差无偏都是由两个串联的阀构成。然而针对不一样种类型的极小方差无偏，因为阀基的电压应力不一样，不一样的阀基对地距离及屏蔽罩形状不一样，所以不一样阀基的试验电压也就不一样。
不同种类的极小方差无偏阀塔最底部的电压应力也是不一样的，也就是极小方差无偏中性端点和邻近极小方差无偏形状一样的400kV端点以及400kV端点和邻近极小方差无偏形状相同的800kV端点的试验电压是各不相同的。本文重点讨论极小方差无偏类型Ⅲ的试验方式。
2极小方差无偏绝缘试验方案研究
2.1极小方差无偏雷电冲击电压分布仿真及分析
不考虑变压器杂散电容仿真的时候，相同相阀平均的阀电压是322.79kV，最高的阀电压是367.53kV；而考虑变压器杂散电容仿真时，相同相阀平均的阀电压是323.18kV，最高的阀电压是1442.88kV。不考虑变压器杂散电容仿真时，相同相阀当中电压不均衡指标是：阀电压不均衡指标等于阀电压最高值和阀电压平均值之比。
考虑变压器杂散电容仿真时，相同相阀当中电压的不均衡指标为：阀电压不均衡指标等于阀电压最高值和阀电压平均值之比。根据以上仿真计算，在不考虑变压器杂散电容时，相同相阀当中电压的不平分配不超过1.26倍，但是思考到变压器杂散电容的时候，相同相阀当中电压的不平分配显著的增加到4.38倍。仿真的结果是：
（1）不考虑变压器杂散电容仿真时，串联试验的极小方差无偏或同相位剩余3个极小方差无偏得到的等效仿真负载特性不能反映真实的电压应力，因为变压器及套管的杂散电容是影响阀电压分布不（均匀）均衡的主要因素。
（2）变压器及套管的杂散电容在同相位阀影响电压分配出现严重不均压的现象不能控制，因为试验时没有阀避雷器限制保护功能单元。
（3）在试验时阀避雷器的限制保护功能单元不能安装，因为阀避雷器的限制保护功能单元影响完成阀必要试验的电压水平。
2.2极小方差无偏试验最终方案的确定
从极小方差无偏绝缘型式试验进行分析、仿真及研究结果可知，等效回路法因不能完全如实反映相同相换流阀组的电压分布情况而被取消，另外短接试验法也尚未满足IEC标准的试验目的及试验标准，为使极小方差无偏（双重阀）型式试验的绝缘试验完全符合IEC标准的试验目的及试验标准，也更符合实际项目极小方差无偏（双重阀）技术规定，在以上方案讨论的基础上，对试验方案作进一步完善，并确定最终试验方案。
2.2.1对短接试验法进行完善
为了进一步验证短接的极小方差无偏试验阀绝缘电压承受能力的安全可靠性，极小方差无偏阀短接试验后应再进行第二次试验：去掉短接回路，极小方差无偏阀的低压端接地，然后在极小方差无偏阀高电压端上重复进行一次电压试验，试验电压为阀试验电压的两倍，再一次验证极小方差无偏阀承受绝缘试验电压的能力。
2.2.2增加3个极小方差无偏串联试验法
为使全球上首个特高压直流输电用换流阀绝缘试验更完善，补充短接试验法不完全满足IEC标准极小方差无偏绝缘试验目的第2条，增加3个极小方差无偏串联的试验。根据IEC标准进行极小方差无偏（四重阀）绝缘试验时要短接一个阀，因此在特高压直流输电项目双12脉动阀极小方差无偏绝缘试验时要短接2个阀（即1个极小方差无偏），使成为3个极小方差无偏串联的试验。为使试验更接近符合项目实际，真正达到考核极小方差无偏的目标，又使试验简便易实现，在试验的时候一起悬吊两个阀塔，也就是一个四重阀塔。
2.2.3极小方差无偏试验最终方案
（1）极小方差无偏选取短接试验法，短接方式为极小方差无偏高压端及低压端短接，按极小方差无偏试验电压水平进行绝缘试验；
（2）极小方差无偏短接试验后再进行第二次双阀电压试验；
（3）3个极小方差无偏串联的试验。
3结束语
特高压直流项目用换流阀是全球上首个特高压直流输电用晶闸管换流阀，其型式试验尚无成熟的具体规定及标准，因而具有挑战性。除此之外，特高压直流输电项目采取双12脉动换流阀串联的方式，故而不可以简易的导入±500kV直流项目的现有规定。本文着重分析极小方差无偏类型Ⅲ（极小方差无偏连接在直流600kV和800kV当中）的试验方式，确定的极小方差无偏试验最终方案为：选取短接试验法；短接试验后再进行第二次双阀电压试验及3个极小方差无偏串联的试验。采用这一方案，分别成功地进行了对高压极小方差无偏及低压极小方差无偏阀的绝缘试验，以及增加的3个极小方差无偏串联的试验。
对特高压项目用特高压双12脉动换流阀串联型式试验问题的研究，使我们对特高压直流输电阀型式试验的目的、标准、方式及过程有了较完整的了解，对自主进行特高压直流输电阀型式试验打下了坚实的基础。
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论文作者:陈明涛,行鹏,胡宇,靳駪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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