宋海龍，雷戰(zhàn)斐

（國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏 銀川 750011）

高電壓技術(shù)

靈州換流站換流變壓器非電量保護(hù)問題分析

宋海龍，雷戰(zhàn)斐

（國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏 銀川 750011）

針對(duì)靈州換流站換流變壓器非電量保護(hù)所存在影響直流系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的問題，通過對(duì)閥側(cè)套管壓力繼電器一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)、網(wǎng)側(cè)套管升高座瓦斯繼電器和閥側(cè)套管末屏電壓回路存在問題進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)方案。應(yīng)用結(jié)果表明：改進(jìn)方案可以快速測(cè)定SF6漏氣率，使值班運(yùn)維人員更易于掌控閥側(cè)套管泄漏情況，有利于開展事故應(yīng)急處置；網(wǎng)側(cè)套管升高座瓦斯繼電器由跳閘邏輯改投報(bào)警，避免了儲(chǔ)油柜油位下降或升高座瓦斯繼電器誤動(dòng)作導(dǎo)致直流跳閘的問題，提高了直流系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

換流變壓器；非電量保護(hù)；壓力繼電器；升高座瓦斯繼電器；末屏電壓

在特高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器處于交直流電互相轉(zhuǎn)換的核心地位，具有設(shè)備制造難度大、技術(shù)含量高及價(jià)格昂貴等特點(diǎn)［1-2］。換流變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理雖然與常規(guī)交流變壓器相類似，但其網(wǎng)/閥側(cè)套管、有載分接開關(guān)等附件卻含有多種非電量保護(hù)［3-4］，而且此類非電量保護(hù)動(dòng)作后果往往會(huì)導(dǎo)致直流輸電系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)［5］。

因此，通過對(duì)換流變壓器一、二次設(shè)備嚴(yán)格把關(guān)及精細(xì)運(yùn)維，尋找可能導(dǎo)致直流輸電系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)和影響直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的非電量保護(hù)隱患，并針對(duì)性地解決處理問題就顯得至關(guān)重要。

1 存在問題及分析

1.1 現(xiàn)狀分析

在工程驗(yàn)收期間，靈州換流站換流變壓器非電量保護(hù)方面存在一系列的隱患問題，主要包括換流變壓器閥側(cè)套管壓力繼電器一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)未接入監(jiān)控后臺(tái)，網(wǎng)側(cè)套管升高座瓦斯繼電器高于油枕最低位置和閥側(cè)套管末屏電壓回路存在兩點(diǎn)接地等問題。

1.1.1 閥側(cè)套管一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)未接入監(jiān)控后臺(tái)

特高壓靈州換流站在運(yùn)換流變壓器類型均為單相雙繞組變壓器，為油和SF6氣體混合絕緣構(gòu)成［6］。每臺(tái)換流變壓器均有2支閥側(cè)套管，分別為閥側(cè)a套管和閥側(cè)b套管。每支閥側(cè)套管本體可分為內(nèi)、外兩部分，其中套管內(nèi)側(cè)下半部分充油，與變壓器油連通；套管外側(cè)主要是由玻璃纖維帶環(huán)氧樹脂桶和硅橡膠外套組成的絕緣體構(gòu)成，并充有一定壓力的SF6氣體［7］。圖1為換流變壓器閥側(cè)b套管SF6壓力繼電器接線示意圖。

圖1 閥側(cè)b套管SF6壓力繼電器接線

（1）靈州換流站換流變壓器每支閥側(cè)套管均配置有2個(gè)SF6氣體壓力繼電器，其額定壓力為0.37 MPa。當(dāng)壓力低于0.35 MPa時(shí)，實(shí)現(xiàn)氣壓低一級(jí)報(bào)警；當(dāng)壓力低于0.33 MPa時(shí)，實(shí)現(xiàn)氣壓低二級(jí)報(bào)警；當(dāng)壓力低于0.31 MPa時(shí)，實(shí)現(xiàn)氣壓低跳閘動(dòng)作邏輯。

（2）閥側(cè)b套管壓力繼電器1配置有1個(gè)一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)、1個(gè)二級(jí)報(bào)警接點(diǎn)、1個(gè)跳閘接點(diǎn)和1個(gè)6.5～20 mA模擬量輸出接點(diǎn)，閥側(cè)b套管壓力繼電器2配置有1個(gè)二級(jí)報(bào)警接點(diǎn)和2個(gè)跳閘接點(diǎn)。

（3）閥側(cè)套管壓力繼電器一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)未接入監(jiān)控后臺(tái)，一旦SF6氣體發(fā)生泄漏且監(jiān)控后臺(tái)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，則說明套管壓力已降至0.33 MPa以下，使得值班運(yùn)維人員難以把控氣體泄漏情況，若閥側(cè)套管壓力持續(xù)下降，將可能直接導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖。

（4）由于SF6氣體泄漏率不清楚，所以壓力繼電器壓力值從0.35 MPa降至0.31 MPa所需時(shí)間同樣不確定，極不利于值班運(yùn)維人員開展事故應(yīng)急處置。

1.1.2 升高座瓦斯繼電器高于油枕最低位置

靈州換流站換流變壓器采用ABB技術(shù)路線，其結(jié)構(gòu)主要由網(wǎng)側(cè)A套管、網(wǎng)側(cè)B套管、閥側(cè)a套管、閥側(cè)b套管、有載分接開關(guān)、儲(chǔ)油柜和冷卻系統(tǒng)等部分組成［9］。其中，每個(gè)套管升高座均配置有雙浮球瓦斯繼電器，其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 雙浮球瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)原理

（1）當(dāng)絕緣油中存在未溶解氣體或者絕緣油發(fā)生泄漏，則未溶解氣體在絕緣油中不斷上升，逐漸聚集在瓦斯繼電器上部并擠壓絕緣油液面，上浮球?qū)㈦S著絕緣油液面下降而降落，從而啟動(dòng)干簧管觸點(diǎn)，導(dǎo)致輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作發(fā)信［10］。

（2）隨著絕緣油液面的持續(xù)下降，下浮球?qū)㈦S之降落而啟動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘［11］。

（3）當(dāng)瓦斯繼電器內(nèi)部產(chǎn)生流向儲(chǔ)油柜方向的油流涌動(dòng)，該油流涌動(dòng)將不斷地沖擊瓦斯繼電器內(nèi)部擋板，一旦油流流速超過擋板整定值，則擋板將沿油流方向轉(zhuǎn)動(dòng)而啟動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)，從而導(dǎo)致?lián)Q流變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘［12］。

靈州換流站每臺(tái)換流變壓器均配置有4個(gè)升高座瓦斯繼電器［13］。其中，圖3為換流變壓器網(wǎng)側(cè)A套管升高座瓦斯繼電器安裝位置示意圖。

圖3 網(wǎng)側(cè)A套管升高座瓦斯繼電器安裝位置

（1）換流變壓器網(wǎng)側(cè)A套管升高座瓦斯繼電器的安裝位置比儲(chǔ)油柜油枕最底油位還要高，由于升高座瓦斯繼電器與儲(chǔ)油柜油路是連通的，當(dāng)儲(chǔ)油柜油位下降，則網(wǎng)側(cè)A套管升高座雙浮球瓦斯繼電器油位也隨之下降，降低至一定油位時(shí)，將會(huì)引起輕瓦斯保護(hù)或者重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作［14］。

（2）從圖3可知，換流變壓器網(wǎng)側(cè)A套管升高座瓦斯繼電器距離地面為9 126 mm，儲(chǔ)油柜最底部位距離地面8 987 mm。假設(shè)儲(chǔ)油柜液面下降至0 mm，則網(wǎng)側(cè)A套管升高座瓦斯繼電器液面將下降139 mm，極有可能導(dǎo)致雙浮球瓦斯繼電器上下浮球動(dòng)作，從而引起輕重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。

1.1.3 閥側(cè)套管末屏電壓回路存在兩點(diǎn)接地

靈州換流站換流變壓器閥側(cè)套管末屏處安裝有電壓測(cè)量裝置，其主要用來測(cè)算換流變壓器閥側(cè)相電壓，參與換流變壓器中性點(diǎn)偏移保護(hù)［15］。其中，換流變壓器閥側(cè)相電壓是通過套管末屏電壓求得［16］，其計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：C1—閥側(cè)套管主電容，μF；

C2—閥側(cè)末屏電壓測(cè)量裝置內(nèi)部分壓電容，μF；

V1—換流變壓器閥側(cè)相電壓，V；

V2—電壓測(cè)量裝置所監(jiān)測(cè)C2上的電壓，V。

圖4 閥側(cè)套管末屏電壓測(cè)量裝置接線

圖4為換流變壓器閥側(cè)套管末屏電壓測(cè)量裝置接線示意圖。從圖4可知，換流變壓器閥側(cè)套管電壓測(cè)量裝置內(nèi)部有一點(diǎn)接地，測(cè)量裝置所采集的電容電壓送至直流保護(hù)裝置，并在保護(hù)裝置處進(jìn)行第二點(diǎn)接地，從而使閥側(cè)套管末屏電壓回路存在兩點(diǎn)接地［17］。該接線方式下，如果直流輸電系統(tǒng)一次設(shè)備發(fā)生接地故障，由于接地參考點(diǎn)電位的影響，保護(hù)裝置所采集的二次電壓將與實(shí)際故障電壓出現(xiàn)不一致現(xiàn)象。

1.2 存在的問題

（1）閥側(cè)套管壓力繼電器一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)未接入監(jiān)控后臺(tái)，由于SF6氣體泄漏率不清楚，使得值班運(yùn)維人員難以把控氣體泄漏情況，若閥側(cè)套管壓力持續(xù)下降，將可能直接導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖，極不利于值班運(yùn)維人員開展事故應(yīng)急處置。

（2）換流變壓器網(wǎng)側(cè)A套管升高座瓦斯繼電器的安裝位置比儲(chǔ)油柜油枕最底油位還要高，當(dāng)儲(chǔ)油柜油位下降，極有可能導(dǎo)致雙浮球瓦斯繼電器上下浮球動(dòng)作，從而導(dǎo)致輕重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。

（3）換流變壓器閥側(cè)套管末屏電壓回路存在兩點(diǎn)接地，如果直流輸電系統(tǒng)一次設(shè)備發(fā)生接地故障，由于接地參考點(diǎn)電位的影響，保護(hù)裝置所采集的二次電壓將與實(shí)際故障電壓出現(xiàn)不一致現(xiàn)象。

2 改進(jìn)措施

2.1 閥側(cè)套管一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)接入監(jiān)控后臺(tái)

換流變壓器閥側(cè)a或b套管壓力繼電器均配置1個(gè)一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)、2個(gè)二級(jí)報(bào)警接點(diǎn)和3個(gè)跳閘接點(diǎn)，將該報(bào)警或跳閘接點(diǎn)全部接入監(jiān)控后臺(tái)，采取壓力分級(jí)報(bào)警方式，如圖5所示。

圖5 閥側(cè)b套管SF6壓力繼電器改進(jìn)后接線

從圖5可知，以閥側(cè)b套管為例，將SF6壓力繼電器一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)接入監(jiān)控后臺(tái)，形成壓力分級(jí)報(bào)警，一旦閥側(cè)套管SF6氣體發(fā)生泄漏且監(jiān)控后臺(tái)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)，則說明套管壓力已降至0.35 MPa，此時(shí)可通過分析SF6氣體從0.35 MPa泄漏至0.33 MPa的時(shí)間，來推斷出從0.33 MPa降至0.31 MPa所需要的時(shí)間。

利用壓降法快速測(cè)定SF6漏氣率［18］，其計(jì)算公式如式（2）所示。

式中：Δp—壓降，Δp=p1-p；

Fy—SF6漏氣率，%/年；

p1—壓降前的壓力（換算至標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下），MPa；

p—壓降后的壓力（換算至標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下），MPa；

Δt—壓降Δp經(jīng)過的時(shí)間，月。

2.2 升高座瓦斯繼電器跳閘邏輯改投報(bào)警

換流變壓器網(wǎng)側(cè)A套管升高座瓦斯繼電器安裝位置高于儲(chǔ)油柜最低位置，一旦絕緣油大量泄漏，則會(huì)引起雙浮球瓦斯繼電器下浮球降落，造成重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作，將升高座瓦斯繼電器跳閘邏輯改投報(bào)警，從而消除了升高座瓦斯繼電器物理安裝位置不合理造成的嚴(yán)重隱患。

此外，根據(jù)文獻(xiàn)［19］中5.4條規(guī)定：針對(duì)動(dòng)作于信號(hào)的輕瓦斯保護(hù)通常按氣體的容積整定，對(duì)于容量10 MVA以上的變壓器容積可整定為250～300 mL；針對(duì)動(dòng)作于跳閘的重瓦斯保護(hù)通常按油流的流速整定［20］。因此，對(duì)于靈州換流站換流變壓器網(wǎng)側(cè)套管升高座瓦斯繼電器一端有金屬法蘭封堵的情況，是不會(huì)產(chǎn)生油流涌動(dòng)而導(dǎo)致重瓦斯動(dòng)作，故而跳閘邏輯改投報(bào)警也是符合規(guī)程要求的。

2.3 閥側(cè)套管末屏電壓回路改為一點(diǎn)接地

針對(duì)換流變壓器閥側(cè)套管末屏電壓回路存在兩點(diǎn)接地的問題，一方面保持閥側(cè)套管電壓測(cè)量裝置內(nèi)部一點(diǎn)接地不變，另一方面拆除直流保護(hù)裝置處另一接地點(diǎn)，從而使閥側(cè)套管末屏電壓回路僅存在一點(diǎn)接地，如圖6所示。

圖6 閥側(cè)套管末屏電壓測(cè)量裝置改進(jìn)后接線

從圖6可知，該接線方式下，如果直流輸電系統(tǒng)一次設(shè)備發(fā)生接地故障，不僅保證了電壓回路有一個(gè)接地參考點(diǎn)電位［21］，而且保證了保護(hù)裝置所采集的二次電壓與實(shí)際故障電壓的一致性。

3 效果評(píng)價(jià)

（1）設(shè)計(jì)優(yōu)化后，將換流變壓器閥側(cè)套管一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)接入監(jiān)控后臺(tái)，采取壓力分級(jí)報(bào)警方式，一旦閥側(cè)套管SF6氣體發(fā)生泄漏，可以快速測(cè)定SF6漏氣率，使值班運(yùn)維人員更易于掌控閥側(cè)套管泄漏情況，有利于開展事故應(yīng)急處置，使運(yùn)維人員具有足夠的故障判別及事故響應(yīng)時(shí)間。

（2）經(jīng)設(shè)計(jì)完善后，將升高座瓦斯繼電器由跳閘邏輯改投報(bào)警，當(dāng)儲(chǔ)油柜油位下降或升高座瓦斯繼電器誤動(dòng)作時(shí)，均不會(huì)引起直流系統(tǒng)跳閘，從而縮小了故障的波及范圍。

（3）經(jīng)現(xiàn)場改造后，將直流保護(hù)裝置處的一接地點(diǎn)進(jìn)行拆除，從而使閥側(cè)套管末屏電壓回路僅存在一點(diǎn)接地，保證了保護(hù)裝置所采集的二次電壓與實(shí)際故障電壓的一致性。

4 結(jié)論

（1）換流變壓器閥側(cè)套管壓力繼電器一級(jí)報(bào)警接點(diǎn)接入監(jiān)控后臺(tái)，使值班運(yùn)維人員更易于掌控閥側(cè)套管泄漏情況，減輕了運(yùn)維人員的事故應(yīng)急處置壓力，具有較強(qiáng)的現(xiàn)場指導(dǎo)意義。

（2）網(wǎng)側(cè)套管升高座瓦斯繼電器由跳閘邏輯改投報(bào)警，避免了儲(chǔ)油柜油位下降或升高座瓦斯繼電器誤動(dòng)作導(dǎo)致直流跳閘的問題，提高了直流系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

（3）閥側(cè)套管末屏電壓回路保持一點(diǎn)接地，提高了閥側(cè)末屏電壓測(cè)量的準(zhǔn)確度，為后續(xù)工程在設(shè)計(jì)、施工等階段提供參考。

（4）靈州換流站換流變壓器非電量保護(hù)存在的若干問題及改進(jìn)措施，在現(xiàn)場應(yīng)用中取得了良好效果，為后續(xù)直流輸電工程在設(shè)計(jì)、制造等方面提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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Non-electric protection analysis of converter transformer in Lingzhou Converter Substation

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

For the problems of non-electric protection of converter transformer affecting the reliability of DC system operation in Lingzhou Converter Substation,analyzes the existing problems such as the primary alarm contact of valve side bushing pressure relay without access to the workstation,the elevated gas relay of net side bushing higher than the lowest position of the oil conservator and the end of the screen voltage circuit of valve side bushing with two-point grounding,puts forward the improvement schemes.The application results show that the improvement schemes can fast determine SF6leakage gas rate,make the duty operators more liable to master the situation of the valve side bushing leakage,which are beneficial to make accident emergent treatment.The elevated gas relay of net side bushing is changed from trip logic to alarm,avoid DC trip problem resulted from the oil level dropped in oil-storage cabinet or the misoperation of the elevated gas relay,so the scheme improves the reliability of the DC system operation.

converter transformer;non-electric protection;pressure relay;the elevated gas relay;the end of the screen voltage divider

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.008

2017-06-28

宋海龍（1988），男，助理工程師，從事高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)維檢修工作。

TM771

B

1672-3643（2017）05-0050-05

有效訪問地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.008