換流變閥側(cè)末屏電壓測量裝置改造研究

田銀剛，馮曉佳

(1.國網(wǎng)拉薩供電公司，西藏 拉薩 850000；2.國網(wǎng)西咸新區(qū)供電公司，陜西 西安 710000)

0 引言

柴達木換流變電站是整個電網(wǎng)中最重要的組成部分之一，變電站的可靠運行直接關(guān)系到國民經(jīng)濟乃至整個西藏、新疆電網(wǎng)能否安全、有效、經(jīng)濟地運行。該變電站所處環(huán)境惡劣，風沙大、日夜溫差大、海拔高，關(guān)鍵設備多，測量裝置必須保證其可靠測量減少運行設備故障，保證整個電網(wǎng)的安全可靠性。作為換流變閥側(cè)套管末屏電壓測量裝置必須可靠測量數(shù)據(jù)，測量的精度和正確性至關(guān)重要，如果末屏電壓測量裝置故障，末屏電壓測量裝置不能正確采集，此時換流閥不能解鎖、中性點偏移保護動作會發(fā)出跳閘命令，從而導致直系系統(tǒng)不能正常啟動[1]。

1 末屏電壓測量裝置故障情況

柴達木換流變電站極Ⅱ換流變B相YD a1套管末屏電壓測量裝置，自投運以來累計發(fā)生過三次故障，嚴重影響柴達木至拉薩直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1.1 第一次故障情況

2012年7月柴達木換流站首檢期間，發(fā)現(xiàn)極Ⅱ換流變B相YD a1套管末屏電壓測量裝置內(nèi)部燒損(見圖1)，原因為極Ⅱ換流變B相YD a1套管末屏電壓測量分壓板質(zhì)量問題導致燒損[2]。西安電力變壓器公司對該裝置內(nèi)分壓器板卡進行了更換，帶電后運行正常。首檢期間對所有換流變閥側(cè)套管進行了電氣試驗和SF6氣體檢測，發(fā)現(xiàn)極Ⅰ換流變A相b2套管、極Ⅱ換流變A、C相a2、b2共5只穿墻套管SF6氣體純度不合格，檢修期間對不合格套管的SF6氣體進行了更換。極Ⅱ換流變B相YD a1套管(末屏電壓測量裝置)試驗檢測正常。

圖1 Ⅱ換流變B相YD a1套管末屏電壓測量裝置內(nèi)部燒損

圖2 電阻擊穿

1.2 第二次故障情況

2013年7月年度檢修期間，OWS監(jiān)控后臺報出極Ⅱ UVD-L_2零漂異常，極Ⅱ換流變B相YD a1套管末屏電壓實際輸出正常，經(jīng)過末屏分壓板后測得輸出250 V直流電壓，現(xiàn)場咨詢西變公司后分析為該板卡損壞，拆下該板卡后發(fā)現(xiàn)一支10 kΩ的電阻擊穿(見圖2)。因現(xiàn)場無該測量裝置備品，經(jīng)西變公司確認可將現(xiàn)場備用換流變閥側(cè)套管末屏電壓測量裝置板卡更換至極Ⅱ換流變B相YD a1套管末屏電壓測量裝置后[3]，將該板卡進行了更換，報警消失，檢查電壓輸出正常。

1.3 第三次故障情況

2013年8月7日8時30分，檢修結(jié)束后恢復送電OLT試驗過程中換流變閥側(cè)中性點偏移保護動作跳開3380、3381斷路器，原因為極Ⅱ換流變B相閥側(cè)D接首端套管末屏電壓測量與套管本體連接部位松動，末屏接地不良造成末屏對分壓器輸出電壓異常，導致10 kΩ電阻損壞、功放模塊發(fā)熱。由于功放模塊離PCB板后的短接線1較近，持續(xù)的溫升高引起漆包線絕緣漆融化，點3通過線1接地，B相末屏電壓突然降低至0，且此時換流閥未解鎖、中性點偏移保護投入，滿足保護動作邏輯，保護正確發(fā)出跳閘[4]。

圖3 末屏電壓互感器測量回路原理圖

2 末屏電壓測量裝置改造研究方案

2.1 電容分壓測量回路基本原理

柴達木換流變采用套管中集成末屏電壓互感器的方法來測量末屏電壓參數(shù)，直接輸出提供給二次保護設備。末屏電壓互感器測量回路原理圖如圖3所示。

圖3中，CTH、CTL、C1、C2、C3、R1和R2元件組成了末屏電壓互感器。其中，CT和CTL是末屏電壓互感器重要組成部分，分別是高壓電容和低壓電容，是互感器的分壓器件，起到了分壓的作用。C1、C2、C3稱為校正電容元件，調(diào)整和校正分壓的輸出值，以便達到規(guī)定的電壓值。R1稱為放電電阻元件，提供低壓電容的放電通道，R2是保護電阻元件，限制輸出電壓的大小值。圖中，CTH、CTL為套管電容值，CTH=653 μF，CTL=5.1 nF，C1=0.641 μF(小)，C2=43.5 μF(中)，C3=21.1 nF(大)，C1、C2、C3電容耐壓250 V DC。

2.2 取消有源放大單元，采用電容分壓測量

通過柴達木換流站末屏電壓測量裝置故障情況分析來看，第一次分壓板壓敏電阻燒損，以及第二、三次發(fā)壓板10 kΩ電阻燒損，顯示出末屏分壓器的電壓測量放大器運行不可靠，需要進行末屏電壓測量回路的技術(shù)改造。國家電網(wǎng)直流系統(tǒng)如向上直流工程等，末屏電壓測量回路使用的是電容分壓器，在末屏和分壓器之間是用電纜直接連接，未發(fā)生過電阻燒毀現(xiàn)象，測量電壓波形無畸變，運行穩(wěn)定可靠。因此，柴達木換流站現(xiàn)有末屏電壓測量裝置要重新進行設計。

柴達木換流站現(xiàn)有的末屏的測量電路(見圖4)，在末屏和分壓器之間接入有源放大單元(交流230 V)，終端板卡為RS8621F。

圖4 帶有源放大單元末屏的測量電路

取消柴達木換流站末屏分壓器的電壓測量放大器，改用電容分壓器直接測量(見圖5)，末屏分壓器輸出電壓和負載需廠家進一步給出說明，根據(jù)輸出電壓及負載等對控制保護系統(tǒng)相應終端板卡改造或升級。

圖5 電容分壓器直接測量回路

2.3 增加D繞組的末端電壓監(jiān)測

為了增加對換流變閥角側(cè)尾端套管電壓的監(jiān)視，在正常運行時也可以監(jiān)視閥角側(cè)尾端套管運行狀況，設計增添一塊RS8621F采集板卡采集尾端末屏電壓，由于用于保護機箱的采集板卡已經(jīng)插滿(每塊8601只能帶7塊板卡)，目前增加板卡有兩種方案。

(1)在CMI增加一層短背板機箱，每個機箱配置4塊RS8921電源板，2塊RS8601板卡，2塊RS8621F板卡，每站配置4個機箱，見圖6。

圖6 機箱配置板卡

(2)將現(xiàn)有1H15.13/1H20.13板卡(備用板卡)去掉，增加RS8621F板卡，1H15/1H20.15、1H15/1H20.16板卡順次前移，重新配線，相當于拆掉8快RS8451板卡，增加8塊RS8621F板卡。

2.4 升機保護主機的閥側(cè)監(jiān)視邏輯，修改接口板卡程序

接口程序隨改造完成后末屏分壓器輸出電壓及負載升級，UVY、UVD通道監(jiān)視邏輯中取消ENABLE_UV2信號，在正常運行過程能有效監(jiān)視閥側(cè)套管故障。對現(xiàn)有UVY、UVD監(jiān)視邏輯升級，升級后邏輯圖見圖7。

圖7 通道監(jiān)視邏輯升級圖

在末屏電壓故障監(jiān)視邏輯中增加三相電壓求中間值比較功能，使末屏電壓故障監(jiān)視更加完善[5]。

3 結(jié)束語

通過本項目的研究及實施可以解決極Ⅱ換流變B相YD a1套管末屏電壓測量裝置多次故障問題，對直流系統(tǒng)可靠運行至關(guān)重要，同時也消除了換流變其他套管末屏電壓測量裝置存在的安全隱患，確保了青藏直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。