換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能優(yōu)化

雷戰(zhàn)斐，宋海龍

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏銀川750011）

高電壓技術(shù)

換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能優(yōu)化

雷戰(zhàn)斐，宋海龍

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏銀川750011）

針對(duì)±800 kV特高壓靈州換流站換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)過(guò)電流閉鎖、-25℃低油溫閉鎖以及BCD模塊導(dǎo)通特性不一致閉鎖的有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行具體分析，提出了靈州換流站換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能的優(yōu)化方案。應(yīng)用結(jié)果表明：有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能優(yōu)化后有效提高了直流系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，可為后續(xù)直流輸電工程換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的運(yùn)行、維護(hù)、設(shè)計(jì)提供參考。

換流變壓器；有載分接開(kāi)關(guān)；過(guò)電流閉鎖；油溫-25℃閉鎖；BCD模塊

在特高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器處于交、直流系統(tǒng)相互連接的關(guān)鍵位置，主要承擔(dān)交、直流變換、交、直流系統(tǒng)電氣隔離和抑制直流故障電流等重要作用［1］，是直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其可靠運(yùn)行對(duì)直流輸電系統(tǒng)有著重要意義［2］。常規(guī)交流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)主要用于調(diào)整負(fù)荷側(cè)電壓以提升供電質(zhì)量，其調(diào)壓范圍相對(duì)較窄，分接頭動(dòng)作不頻繁［3］。與之相比，換流變壓器需要通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)閥側(cè)直流電壓恒定不變、網(wǎng)側(cè)交流電壓波動(dòng)補(bǔ)償、直流系統(tǒng)降壓運(yùn)行以及直流功率調(diào)整等操作功能［4］，其分接頭動(dòng)作極為頻繁。因此，為了維持直流換相電壓［5］，換流變壓器需要及時(shí)進(jìn)行有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)壓，一旦發(fā)生過(guò)電流、低溫-25℃以及BCD模塊導(dǎo)通特性不一致等因素導(dǎo)致有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能閉鎖，將嚴(yán)重影響直流系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性［6］。

1 閉鎖調(diào)檔功能及問(wèn)題分析

1.1 現(xiàn)狀分析

靈州換流站換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能，主要包括：網(wǎng)側(cè)過(guò)電流閉鎖調(diào)檔、油溫低于-25℃閉鎖調(diào)檔和BCD模塊導(dǎo)通特性不一致閉鎖調(diào)檔共3種類型。其閉鎖調(diào)檔功能現(xiàn)狀簡(jiǎn)要分析如下。

1.1.1 過(guò)電流閉鎖調(diào)檔

靈州換流站換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)具備網(wǎng)側(cè)過(guò)電流閉鎖調(diào)檔功能，其過(guò)負(fù)荷閉鎖接點(diǎn)X1∶29和X1∶30接于有載分接開(kāi)關(guān)本體控制電源回路，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)側(cè)過(guò)電流閉鎖有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔原理

從圖1可以看出，換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組套管電流互感器XT1（變比為1 000/2）將采樣值接入電流繼電器KC，當(dāng)套管電流達(dá)到過(guò)電流閉鎖定值時(shí)，電流繼電器KC將勵(lì)磁，常閉接點(diǎn)X1：29和X1：30斷開(kāi)，從而斷開(kāi)有載分接開(kāi)關(guān)控制回路，即實(shí)現(xiàn)有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能。

為了維持閥側(cè)電壓在一定范圍內(nèi)，需要經(jīng)常對(duì)換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)壓，引起分接頭頻繁動(dòng)作［7］。一旦電流繼電器KC發(fā)生故障或者換流變壓器由于沖擊振動(dòng)引起繼電器接點(diǎn)卡澀和異常變位都將導(dǎo)致有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能誤閉鎖，使分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔失敗，嚴(yán)重影響直流功率輸送的安全可靠性。

1.1.2 油溫低于-25℃閉鎖調(diào)檔

靈州換流站換流變壓器采用真空型有載分接開(kāi)關(guān)，具有絕緣強(qiáng)度高、熄弧時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)［8］。有載分接開(kāi)關(guān)油室內(nèi)配置有溫度傳感器PT100，其主要功能是利用導(dǎo)體自身電阻隨溫度變化而變化的特性來(lái)測(cè)量有載分接開(kāi)關(guān)油溫［9］，如圖2所示。

圖2 油溫低于-25℃閉鎖調(diào)檔功能原理

從圖2可知，溫度傳感器PT100通過(guò)測(cè)量電阻值，利用電阻/溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)推算油室溫度，再將溫度值傳送至溫度控制器B7，該溫度控制器不僅能顯示有載分接開(kāi)關(guān)油溫，而且能夠?qū)崿F(xiàn)有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖功能［10］。

正常情況下，當(dāng)有載分接開(kāi)關(guān)油溫處于-25℃至+125℃時(shí)，溫度控制器接點(diǎn)B7：15和B7：18、B7：25和B7：26均閉合，有載分接開(kāi)關(guān)控制回路正常導(dǎo)通；當(dāng)油溫低于-25℃時(shí)，溫度控制器接點(diǎn)B7：15和B7：18斷開(kāi)，切斷有載分接開(kāi)關(guān)控制回路；當(dāng)油溫高于+125℃時(shí)，溫度控制器接點(diǎn)B7：25和B7：26斷開(kāi)，同樣切斷有載分接開(kāi)關(guān)控制回路，從而實(shí)現(xiàn)分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能。

靈州換流站換流變壓器采用網(wǎng)側(cè)調(diào)壓，有載分接開(kāi)關(guān)檔位有29檔，其中26檔為額定檔。環(huán)境氣象數(shù)據(jù)表明靈州換流站歷史極端最低氣溫為-29.6℃［11］，而有載分接開(kāi)關(guān)低溫閉鎖定值為-25℃。

1.1.3 BCD模塊導(dǎo)通特性不一致閉鎖調(diào)檔

靈州換流站換流變壓器檔位信號(hào)是通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)凸輪盤轉(zhuǎn)換為6位BCD碼BIT1、BIT2、BIT4、BIT8、BIT10和BIT20而計(jì)算得出，如圖3所示。其中，BCD檔位輸出模塊通過(guò)二極管導(dǎo)通，分別輸出每個(gè)檔位BCD碼，導(dǎo)通時(shí)BCD碼輸出為1，關(guān)斷時(shí)BCD碼輸出為0［12］。

圖3 BCD碼檔位輸出原理

在靈紹直流工程調(diào)試期間，靈州換流站由于二極管導(dǎo)通特性不一致發(fā)生分接開(kāi)關(guān)檔位突變，致使有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔失敗。如表1所示，以“極Ⅰ低端YD/A相換流變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位BCD碼異常變位”為例。

表1分接開(kāi)關(guān)檔位BCD碼異常變位

從表1中可見(jiàn)，在極Ⅰ低端YD/A相換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)檔位由6檔（BCD碼為二進(jìn)制000110）調(diào)至5檔（BCD碼為二進(jìn)制000101）操作過(guò)程中，BIT1和BIT2二級(jí)管均需變位。由于二極管導(dǎo)通特性不一致，如果BCD碼BIT1二級(jí)管優(yōu)先導(dǎo)通而B(niǎo)IT2導(dǎo)通滯后，則造成有載分接開(kāi)關(guān)異常突變?yōu)?檔（BCD碼為二進(jìn)制000111），與閥組內(nèi)其他正常相檔位將短時(shí)相差2檔；同樣，如果BCD碼BIT2二級(jí)管優(yōu)先導(dǎo)通而B(niǎo)IT1導(dǎo)通滯后，則造成有載分接開(kāi)關(guān)異常突變?yōu)?檔（BCD碼為二進(jìn)制000100），與閥組內(nèi)其他正常相檔位將短時(shí)相差1檔，從而導(dǎo)致閥組內(nèi)有載分接開(kāi)關(guān)出現(xiàn)三相不一致故障，造成有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能誤閉鎖。

1.2 存在的問(wèn)題

從現(xiàn)狀分析可知，靈州換流站換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能主要存在以下問(wèn)題：

（1）一旦電流繼電器KC發(fā)生故障或者換流變壓器由于沖擊振動(dòng)引起繼電器接點(diǎn)卡澀和異常變位，都將導(dǎo)致有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能誤閉鎖。

（2）當(dāng)換流變壓器冬季停運(yùn)檢修后，對(duì)換流變壓器再次充電時(shí)，如果有載分接開(kāi)關(guān)油溫不能快速升至-25℃以上，則有載分接開(kāi)關(guān)控制回路將被斷開(kāi)而導(dǎo)致?lián)Q流變壓器充電失??；如果油溫傳感器PT100受到擾動(dòng)或者發(fā)生故障時(shí)，有載分接開(kāi)關(guān)自動(dòng)、遠(yuǎn)方/手動(dòng)調(diào)整命令都將被閉鎖而導(dǎo)致本閥組內(nèi)有載分接開(kāi)關(guān)失步，失步信號(hào)將會(huì)進(jìn)一步閉鎖有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能。

（3）由于二極管導(dǎo)通特性不一致，造成有載分接開(kāi)關(guān)異常變位，與閥組內(nèi)其他正常相檔位將短時(shí)相差1至2檔，導(dǎo)致閥組內(nèi)有載分接開(kāi)關(guān)出現(xiàn)三相不一致而引起調(diào)檔功能誤閉鎖。

2 閉鎖調(diào)檔功能優(yōu)化

針對(duì)“靈州換流站換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔功能”存在的問(wèn)題，本文提出以下幾種優(yōu)化措施。

2.1 取消過(guò)電流閉鎖調(diào)檔功能

針對(duì)電流繼電器KC發(fā)生故障或者繼電器接點(diǎn)卡澀而無(wú)法變位導(dǎo)致有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能閉鎖的問(wèn)題，需現(xiàn)場(chǎng)對(duì)過(guò)電流閉鎖調(diào)檔功能進(jìn)行優(yōu)化，如圖4所示。

圖4 取消過(guò)電流閉鎖調(diào)檔功能

從圖4可知，在有載分接開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱中將過(guò)電流閉鎖分接開(kāi)關(guān)接點(diǎn)X1∶29和X1∶30短接，可以取消過(guò)電流閉鎖有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)擋功能，從而保障電流繼電器故障或者閉鎖接點(diǎn)異常變位時(shí)均不會(huì)影響有載分接開(kāi)關(guān)正常升/降檔操作，提高直流系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

至于網(wǎng)側(cè)過(guò)電流問(wèn)題，可以通過(guò)換流變壓器過(guò)負(fù)荷告警進(jìn)行監(jiān)視。由于有載分接開(kāi)關(guān)過(guò)電流閉鎖定值為1.2倍額定電流，即1 724 A［13］，而換流變壓器網(wǎng)側(cè)過(guò)負(fù)荷告警定值為1 353 A，當(dāng)換流變壓器出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流將優(yōu)先滿足過(guò)負(fù)荷告警定值，運(yùn)行人員可以根據(jù)告警信息及時(shí)干預(yù)處理，進(jìn)一步手動(dòng)完成分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能［14］。

2.2 修改-25℃閉鎖調(diào)檔定值

針對(duì)溫度傳感器PT100受到擾動(dòng)或者發(fā)生故障而導(dǎo)致有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能閉鎖的問(wèn)題，則需停電處理，更換工作狀態(tài)更加穩(wěn)定的溫度傳感器［15］。

針對(duì)分接開(kāi)關(guān)實(shí)際油溫極低或溫度控制器B7接點(diǎn)異常變位導(dǎo)致調(diào)檔功能閉鎖的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)檢查溫度控制器有載分接開(kāi)關(guān)油溫顯示值來(lái)判斷油溫是否達(dá)到閉鎖值［16］。如果油溫達(dá)到-25℃閉鎖值，則需臨時(shí)調(diào)整溫度控制器閉鎖定值，保證換流變壓器能夠正常充電。長(zhǎng)期考慮，可將低溫閉鎖分接開(kāi)關(guān)定值整定為-30℃，與靈州換流站歷史極端最低氣溫-29.6℃相匹配，從而減少低溫閉鎖分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能的概率。

從圖5可知，如果沒(méi)有達(dá)到高/低溫閉鎖定值，則判斷為溫度控制器B7接點(diǎn)發(fā)生異常變位，可將溫度控制器閉鎖接點(diǎn)B7∶15和B7∶18、B7∶25和B7∶26進(jìn)行臨時(shí)短接，從而保障有載分接開(kāi)關(guān)升/降檔操作回路導(dǎo)通，并及時(shí)更換溫度控制器。

圖5 油溫低于-25℃閉鎖調(diào)檔處理

2.3 檔位回路增加延時(shí)模塊

針對(duì)二極管導(dǎo)通特性不一致，引起檔位突變而閉鎖有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)將換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)BCD碼檔位輸出模塊進(jìn)行更換，但檔位信號(hào)仍舊存在短時(shí)跳變現(xiàn)象，并未徹底消除隱患［17］。

因此，考慮在直流控制系統(tǒng)檔位回路中增加一個(gè)延時(shí)模塊（延時(shí)500 ms），以躲過(guò)二極管導(dǎo)通特性不一致時(shí)間，可靠獲取二極管完全變位后有載分接開(kāi)關(guān)目標(biāo)檔位值，從而避免由于分接開(kāi)關(guān)檔位信息短時(shí)跳變而引起調(diào)檔功能閉鎖現(xiàn)象［18］。

3 效果評(píng)價(jià)

（1）取消過(guò)電流閉鎖有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能后，換流變壓器再未出現(xiàn)由于電流繼電器故障或接點(diǎn)異常變位導(dǎo)致分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔的現(xiàn)象，具有較高的可操作性和運(yùn)行可靠性。

（2）低溫閉鎖分接開(kāi)關(guān)定值整定為-30℃后，不僅與靈州地區(qū)歷史最低環(huán)境溫度-29.6℃相匹配，而且避免了換流變壓器冬季充電時(shí)出現(xiàn)低油溫閉鎖分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔的可能性。

（3）直流控制系統(tǒng)檔位回路增加500 ms延時(shí)模塊后，躲過(guò)了二極管導(dǎo)通特性不一致時(shí)間，解決了由于分接開(kāi)關(guān)檔位跳變而導(dǎo)致調(diào)檔失敗的問(wèn)題。

4 結(jié)論

（1）換流變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能優(yōu)化后，具有較高的運(yùn)行可靠性，有效地保障了直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）換流變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能采取改進(jìn)措施后，減少了分接開(kāi)關(guān)檔位不一致事故發(fā)生的可能性，降低了運(yùn)維人員的生產(chǎn)壓力。

（3）換流變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能優(yōu)化，充分考慮了工程運(yùn)行工況和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，具有一定的科學(xué)性和實(shí)用性［19］。

（4）換流變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能優(yōu)化改進(jìn)后，不僅完善了有載分接開(kāi)關(guān)的控制邏輯，降低了換流變壓器的設(shè)計(jì)成本，而且提高了有載分接開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)自由度［20］，為后續(xù)直流輸電工程在換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行、維護(hù)、設(shè)計(jì)等方面提供了參考依據(jù)。

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Optimization of on-load tap changer shifting function locking for convertor transformer

LEI Zhanfei,SONG Hailong
(Maintenance Filiale of State Grid Ningxia Power Co.,Yinchuan Ningxia 750011,China)

Aiming at the problem of shifting function locking of on-load tap changer for convertor transformer in±800 kV UHV Lingzhou Convertor Substation,analyzes the locking risk of on-load tap changer such as the over-current blocking,-25℃low oil temperature blocking and the BCD module conduction characteristics disaccord blocking,puts forward the optimization scheme about on-load tap changer shifting function locking for convertor transformer in Lingzhou Convertor Substation.The application result shows that the after on-load tap changer shifting function locking optimization,improve effectively the reliability of DC system,It can provide references for operation,maintenance and design of on-load tap changer of convertor transformer in the later DC transmission projects.

convertor transformer;on-load tap changer;over-current blocking;-25℃oil temperature blocking;BCD module

TM564

B

1672-3643（2017）04-0034-04

有效訪問(wèn)地址：http∶//dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.04.007

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.04.007

2017-05-28

雷戰(zhàn)斐（1991），男，助理工程師，從事高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行檢修工作。