雷戰(zhàn)斐，宋海龍

（國網(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關(guān)閉鎖調(diào)檔功能優(yōu)化

雷戰(zhàn)斐，宋海龍

（國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏銀川750011）

針對±800 kV特高壓靈州換流站換流變壓器有載分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔功能存在的問題，通過對過電流閉鎖、-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關(guān)調(diào)檔風(fēng)險進行具體分析，提出了靈州換流站換流變壓器有載分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔功能的優(yōu)化方案。應(yīng)用結(jié)果表明：有載分接開關(guān)調(diào)檔功能優(yōu)化后有效提高了直流系統(tǒng)的運行可靠性，可為后續(xù)直流輸電工程換流變壓器有載分接開關(guān)的運行、維護、設(shè)計提供參考。

換流變壓器；有載分接開關(guān)；過電流閉鎖；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，其可靠運行對直流輸電系統(tǒng)有著重要意義［2］。常規(guī)交流變壓器有載分接開關(guān)主要用于調(diào)整負荷側(cè)電壓以提升供電質(zhì)量，其調(diào)壓范圍相對較窄，分接頭動作不頻繁［3］。與之相比，換流變壓器需要通過有載分接開關(guān)長期實現(xiàn)閥側(cè)直流電壓恒定不變、網(wǎng)側(cè)交流電壓波動補償、直流系統(tǒng)降壓運行以及直流功率調(diào)整等操作功能［4］，其分接頭動作極為頻繁。因此，為了維持直流換相電壓［5］，換流變壓器需要及時進行有載分接開關(guān)調(diào)壓，一旦發(fā)生過電流、低溫-25℃以及BCD模塊導(dǎo)通特性不一致等因素導(dǎo)致有載分接開關(guān)調(diào)檔功能閉鎖，將嚴重影響直流系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性［6］。

1 閉鎖調(diào)檔功能及問題分析

1.1 現(xiàn)狀分析

靈州換流站換流變壓器有載分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔功能，主要包括：網(wǎng)側(cè)過電流閉鎖調(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)狀簡要分析如下。

1.1.1 過電流閉鎖調(diào)檔

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

圖1 網(wǎng)側(cè)過電流閉鎖有載分接開關(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)套管電流達到過電流閉鎖定值時，電流繼電器KC將勵磁，常閉接點X1：29和X1：30斷開，從而斷開有載分接開關(guān)控制回路，即實現(xiàn)有載分接開關(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)常對換流變壓器有載分接開關(guān)進行調(diào)壓，引起分接頭頻繁動作［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引起繼電器接點卡澀和異常變位都將導(dǎo)致有載分接開關(guān)調(diào)檔功能誤閉鎖，使分接開關(guān)調(diào)檔失敗，嚴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關(guān)，具有絕緣強度高、熄弧時間短等優(yōu)點［8］。有載分接開關(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測量有載分接開關(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通過測量電阻值，利用電阻/溫度對應(yīng)關(guān)系來推算油室溫度，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關(guān)油溫，而且能夠?qū)崿F(xiàn)有載分接開關(guān)閉鎖功能［10］。

正常情況下，當(dāng)有載分接開關(guān)油溫處于-25℃至+125℃時，溫度控制器接點B7：15和B7：18、B7：25和B7：26均閉合，有載分接開關(guān)控制回路正常導(dǎo)通；當(dāng)油溫低于-25℃時，溫度控制器接點B7：15和B7：18斷開，切斷有載分接開關(guān)控制回路；當(dāng)油溫高于+125℃時，溫度控制器接點B7：25和B7：26斷開，同樣切斷有載分接開關(guān)控制回路，從而實現(xiàn)分接開關(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是通過有載分接開關(guān)凸輪盤轉(zhuǎn)換為6位BCD碼BIT1、BIT2、BIT4、BIT8、BIT10和BIT20而計算得出，如圖3所示。其中，BCD檔位輸出模塊通過二極管導(dǎo)通，分別輸出每個檔位BCD碼，導(dǎo)通時BCD碼輸出為1，關(guān)斷時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)生分接開關(guān)檔位突變，致使有載分接開關(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關(guān)檔位BCD碼異常變位”為例。

表1分接開關(guān)檔位BCD碼異常變位

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

1.2 存在的問題

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

（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引起繼電器接點卡澀和異常變位，都將導(dǎo)致有載分接開關(guān)調(diào)檔功能誤閉鎖。

（2）當(dāng)換流變壓器冬季停運檢修后，對換流變壓器再次充電時，如果有載分接開關(guān)油溫不能快速升至-25℃以上，則有載分接開關(guān)控制回路將被斷開而導(dǎo)致?lián)Q流變壓器充電失??；如果油溫傳感器PT100受到擾動或者發(fā)生故障時，有載分接開關(guān)自動、遠方/手動調(diào)整命令都將被閉鎖而導(dǎo)致本閥組內(nèi)有載分接開關(guān)失步，失步信號將會進一步閉鎖有載分接開關(guān)調(diào)檔功能。

（3）由于二極管導(dǎo)通特性不一致，造成有載分接開關(guān)異常變位，與閥組內(nèi)其他正常相檔位將短時相差1至2檔，導(dǎo)致閥組內(nèi)有載分接開關(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“靈州換流站換流變壓器有載分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔功能”存在的問題，本文提出以下幾種優(yōu)化措施。

2.1 取消過電流閉鎖調(diào)檔功能

針對電流繼電器KC發(fā)生故障或者繼電器接點卡澀而無法變位導(dǎo)致有載分接開關(guān)調(diào)檔功能閉鎖的問題，需現(xiàn)場對過電流閉鎖調(diào)檔功能進行優(yōu)化，如圖4所示。

圖4 取消過電流閉鎖調(diào)檔功能

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

至于網(wǎng)側(cè)過電流問題，可以通過換流變壓器過負荷告警進行監(jiān)視。由于有載分接開關(guān)過電流閉鎖定值為1.2倍額定電流，即1 724 A［13］，而換流變壓器網(wǎng)側(cè)過負荷告警定值為1 353 A，當(dāng)換流變壓器出現(xiàn)過負荷時，網(wǎng)側(cè)電流將優(yōu)先滿足過負荷告警定值，運行人員可以根據(jù)告警信息及時干預(yù)處理，進一步手動完成分接開關(guān)調(diào)檔功能［14］。

2.2 修改-25℃閉鎖調(diào)檔定值

針對溫度傳感器PT100受到擾動或者發(fā)生故障而導(dǎo)致有載分接開關(guān)調(diào)檔功能閉鎖的問題，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］。

針對分接開關(guān)實際油溫極低或溫度控制器B7接點異常變位導(dǎo)致調(diào)檔功能閉鎖的問題，現(xiàn)場可通過檢查溫度控制器有載分接開關(guān)油溫顯示值來判斷油溫是否達到閉鎖值［16］。如果油溫達到-25℃閉鎖值，則需臨時調(diào)整溫度控制器閉鎖定值，保證換流變壓器能夠正常充電。長期考慮，可將低溫閉鎖分接開關(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關(guān)調(diào)檔功能的概率。

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

圖5 油溫低于-25℃閉鎖調(diào)檔處理

2.3 檔位回路增加延時模塊

針對二極管導(dǎo)通特性不一致，引起檔位突變而閉鎖有載分接開關(guān)調(diào)檔功能的問題，現(xiàn)場將換流變壓器有載分接開關(guān)BCD碼檔位輸出模塊進行更換，但檔位信號仍舊存在短時跳變現(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延時模塊（延時500 ms），以躲過二極管導(dǎo)通特性不一致時間，可靠獲取二極管完全變位后有載分接開關(guān)目標(biāo)檔位值，從而避免由于分接開關(guān)檔位信息短時跳變而引起調(diào)檔功能閉鎖現(xiàn)象［18］。

3 效果評價

（1）取消過電流閉鎖有載分接開關(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異常變位導(dǎo)致分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔的現(xiàn)象，具有較高的可操作性和運行可靠性。

（2）低溫閉鎖分接開關(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出現(xiàn)低油溫閉鎖分接開關(guān)調(diào)檔的可能性。

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

4 結(jié)論

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

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

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

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

［1］袁清云.特高壓直流輸電技術(shù)現(xiàn)狀及在我國的應(yīng)用前景[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005,29(14)∶1-3.

［2］劉雪麗,李金忠,高飛，等.±800 kV換流變壓器用真空式有載有載分接開關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國電機工程學(xué)報，2016,36(19)∶5350-5356.

［3］韓洪剛,王海寬,楊衡，等.電力變壓器分接開關(guān)故障及其檢測技術(shù)[J].變壓器，2004,41(12)∶35-38.

［4］沈大中,KRAEMER A,DOHNALD.真空有載有載分接開關(guān)在高壓直流換流變壓器中的應(yīng)用[J].變壓器，2007,44(1)∶58-59.

［5］王瑤.特高壓直流輸電控制與保護技術(shù)的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009,37(15)∶53-58.

［6］浙江大學(xué)直流輸電科研組.直流輸電[M].北京∶水利電力出版社，1985∶120-135.

［7］張志朝,劉濤,宋述波.云廣特高壓直流工程換流變分接頭切換控制研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010,38(20)∶205-208.

［8］汪洋,李書勇,宋述波，等.真空有載分接開關(guān)在云廣特高壓直流的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2010,36(1)∶285-289.

［9］張國強,李慶民,趙彤，等.電力變壓器有載分接開關(guān)機械性能的監(jiān)測與診斷技術(shù)[J].變壓器，2005,42(9)∶33-37.

［10］陳燦旭,劉茂濤,張志朝，等.±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)串聯(lián)雙閥組換流變有載分接開關(guān)125℃閉鎖調(diào)整分析及處理[J].智能電網(wǎng)，2013,03(1)∶22-27.

［11］國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院.靈州-紹興±800 kV直流輸電工程成套設(shè)計書[Z].北京：國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院,2015.

［12］余榮興,張志朝,劉茂濤.云廣特高壓工程中的有載分接開關(guān)狀態(tài)監(jiān)視邏輯[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012,5(6)∶18-21.

［13］DL/T 574—95,有載分接開關(guān)運行維修導(dǎo)則[S].

［14］劉茂濤,張志朝,余榮興，等.云廣直流工程換流變有載分接開關(guān)控制電源回路改進[J].中國電力，2015,48(7)∶35-38.

［15］洪樂洲,毛海鵬,吳貽志，等.云廣直流與天廣直流換流變分接頭控制功能對比和運維建議[J].電工技術(shù)，2012,11∶58-59.

［16］劉寶宏,殷威揚,楊志棟，等.±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)主回路參數(shù)研究[J].高電壓技術(shù)，2007,33(1)∶17-21.

［17］劉崇茹,張伯明,孫宏斌.交直流系統(tǒng)潮流計算中換流變壓器有載分接開關(guān)的調(diào)整方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006,30(9)∶22-27.

［18］南瑞繼保電氣有限公司.Accel2軟件程序[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司，2015.

［19］DL/T 5223—2005,高壓直流換流站設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].

［20］趙婉君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.

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)運行檢修工作。