李小娣 柴 斌 雷戰(zhàn)斐

一起換流變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位不一致原因分析及改進(jìn)措施

李小娣1柴 斌2雷戰(zhàn)斐2

（1. 銀川能源學(xué)院，銀川 750100；2. 國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司，銀川 750011）

本文介紹了特高壓換流變壓器MR分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔原理及閉鎖邏輯。針對(duì)一起換流變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位不一致故障，深度解剖此次故障的原因，對(duì)暴露出的問(wèn)題進(jìn)行分析探討，提出將分接開(kāi)關(guān)油室溫度上傳至監(jiān)控后臺(tái)并增加預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)查詢的方案，為換流變壓器分接開(kāi)關(guān)后續(xù)設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)提供參考。

分接開(kāi)關(guān)；不一致；溫度；預(yù)警

0 引言

換流變壓器通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)整，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)行及直流功率調(diào)整等操作功能，多數(shù)特高壓直流工程成為新能源外送的重要通道，由于實(shí)時(shí)現(xiàn)貨交易，直流功率調(diào)整異常頻繁，導(dǎo)致分接頭動(dòng)作次數(shù)頻繁，其故障率也相應(yīng)增加[1-5]。

本文通過(guò)對(duì)某換流站一起分接開(kāi)關(guān)檔位不一致故障的分析研究，發(fā)現(xiàn)MR真空分接開(kāi)關(guān)油室溫度超出范圍會(huì)閉鎖調(diào)檔回路，而前期工程設(shè)計(jì)并未將該溫度上傳至監(jiān)控后臺(tái)，未實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全面監(jiān)視。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出針對(duì)性的整改措施和方案，實(shí)現(xiàn)分接開(kāi)關(guān)油溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能，達(dá)到全面監(jiān)視分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔回路的目的，進(jìn)一步提高換流變壓器運(yùn)維管理水平[6-7]。

1 故障情況

2020年1月，某換流站直流功率由3 709MW降至2 500MW過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)閥組控制主機(jī)（converter control protection, CCP）12A/B報(bào)“換流變壓器分接頭同步調(diào)檔失敗”“換流變壓器分接頭不一致”，后臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)顯示極Ⅰ低端Yy-B相換流變壓器分接頭為12檔，其余5臺(tái)換流變壓器分接頭均為11檔。詳細(xì)故障報(bào)文見(jiàn)表1。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一、二次設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)極Ⅰ低端Yy-B相換流變壓器分接開(kāi)關(guān)B7溫度傳感器顯示溫度高達(dá)134℃且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)跳變現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)立即對(duì)同類型三臺(tái)換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)油樣進(jìn)行絕緣油耐壓值測(cè)試、油中含水量測(cè)定、油中溶解氣體分析，各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)正常。初步判斷為分接開(kāi)關(guān)油室溫度傳感器異常，致使溫度超出正常范圍，從而閉鎖分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔回路。隨后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)B7溫度傳感器進(jìn)行更換，更換后再次出現(xiàn)溫度異常升高的現(xiàn)象，且溫度最高升至200℃以上。通過(guò)持續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，傳感器溫度穩(wěn)定時(shí)保持在40℃，然后循環(huán)出現(xiàn)由40℃上升至200℃的跳變現(xiàn)象，溫度跳變時(shí)對(duì)PT100電阻值進(jìn)行測(cè)量，其數(shù)值也存在跳變的情況?，F(xiàn)場(chǎng)故障檢查狀況如圖1所示。

表1 分接開(kāi)關(guān)操作時(shí)故障報(bào)文

圖1 現(xiàn)場(chǎng)故障檢查狀況

2 原因分析

2.1 分接開(kāi)關(guān)油室溫度閉鎖調(diào)檔回路分析

MR真空有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)電弧的熄滅均在真空泡中進(jìn)行，絕緣油只承擔(dān)冷卻和潤(rùn)滑的作用，由于在換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行試驗(yàn)過(guò)程中，分接開(kāi)關(guān)頻繁動(dòng)作，溫度上升，發(fā)生過(guò)閃絡(luò)放電、油室破裂等異常情況，故MR廠家在真空型有載分接開(kāi)關(guān)油室內(nèi)配置了鉑電阻PT100，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[8]，油溫高于+125℃閉鎖調(diào)檔功能原理示意圖如圖2所示。B7溫度傳感器內(nèi)有三副觸頭串接在控制回路中：①溫度低觸頭（-25℃）；②溫度高觸頭（125℃）；③運(yùn)行正常觸頭。

當(dāng)油溫高于+125℃時(shí)，溫度控制器觸頭B7:26斷開(kāi)，切斷有載分接開(kāi)關(guān)控制回路，致使換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)檔功能被閉鎖[9]。

圖2 油溫高于+125℃閉鎖調(diào)檔功能原理示意圖

2.2 本體接線盒檢查情況

為進(jìn)一步確認(rèn)PT100鉑電阻值跳變的原因，技術(shù)人員對(duì)溫度傳感器本體接線盒進(jìn)行開(kāi)蓋檢查，發(fā)現(xiàn)接線盒內(nèi)電路板上存在硅脂附著，硅脂的作用是涂抹在密封圈處，防止密封墊老化，使接線盒密封性能更好，但由于換流變壓器運(yùn)行發(fā)熱，使部分硅脂受熱熔化后附著在電路板上，并造成電路板輕微腐蝕。

PT100鉑電阻溫度傳感器及接線圖如圖3所示?，F(xiàn)場(chǎng)將接線打開(kāi)后，在本體接線盒對(duì)PT100阻值進(jìn)行測(cè)量，連接于1、2端子之間的PT100阻值為115W，對(duì)應(yīng)溫度為40℃左右，正好與溫度傳感器穩(wěn)定時(shí)的溫度保持一致，而接于4、5端子間的備用PT100阻值為109W，對(duì)應(yīng)溫度為24℃左右，此溫度與其他相別換流變壓器分接頭溫度傳感器測(cè)量一致，鉑電阻溫度與電阻對(duì)應(yīng)表見(jiàn)表2。

圖3 PT100鉑電阻溫度傳感器及接線圖

因此，判斷當(dāng)前在用的PT100電阻輸出回路傳感器存在異常，導(dǎo)致溫度發(fā)生跳變，現(xiàn)場(chǎng)將電路板上硅脂清理干凈并更換至備用傳感器輸出接線端子后，溫度傳感器溫度顯示正常，手動(dòng)對(duì)分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行升、降檔操作，分接頭動(dòng)作正確。

表2 鉑電阻PT100溫度與電阻對(duì)應(yīng)表

3 解決及防范措施

通過(guò)上述故障分析可知，目前MR分接開(kāi)關(guān)油室絕緣油溫度只能在就地匯控柜進(jìn)行查看，并未將溫度值上送至監(jiān)控后臺(tái)，導(dǎo)致運(yùn)維人員無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)換流變壓器分接開(kāi)關(guān)的油室溫度及其變化趨勢(shì)，不利于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障快速定位和換流變壓器健康水平的判斷。因此本文提出了兩種換流變壓器分接開(kāi)關(guān)油室溫度接入后臺(tái)的方案，以供參考。

3.1 方案一

從分接開(kāi)關(guān)本體接線盒中將備用的PT100端子用二次線引出至分接開(kāi)關(guān)控制柜內(nèi)，然后接入帶有輸出功能的溫度傳感器中，輸出4～20mA電流量來(lái)反映溫度大小，再將4～20mA模擬量接入閥組開(kāi)關(guān)量接口（converter switch interface, CSI）柜NR1425BL測(cè)量板卡，通過(guò)CSI柜上傳至運(yùn)維人員工作站（operator work station, OWS）監(jiān)控后臺(tái)。數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸示意圖

分接開(kāi)關(guān)油室溫度接入測(cè)量板卡后，還需要在CCP軟件程序中增加相應(yīng)的功能模塊，溫度值遙測(cè)點(diǎn)軟件示意圖如圖5所示。同時(shí)，在OWS監(jiān)控界面顯示溫度并設(shè)置相應(yīng)的告警值，該告警值的范圍應(yīng)小于現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器B7的溫度范圍，起到提前預(yù)警的作用。

圖5 溫度值遙測(cè)點(diǎn)軟件示意圖

3.2 方案二

從換流變壓器分接開(kāi)關(guān)本體的接線盒中，將備用的PT100監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)傳送至傳感器測(cè)量模塊，傳感器測(cè)量模塊通過(guò)RS485通信方式將數(shù)據(jù)上傳至溫度在線監(jiān)測(cè)智能電子設(shè)備（intelligent elec- tronic device, IED）內(nèi)。每一臺(tái)換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)配置一臺(tái)溫度在線監(jiān)測(cè)IED，溫度在線監(jiān)測(cè)IED對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析打包，形成IEC61850規(guī)約數(shù)據(jù)包，再通過(guò)原有的光纖網(wǎng)絡(luò)將溫度數(shù)據(jù)上傳至一體化后臺(tái)界面顯示，在后臺(tái)服務(wù)器界面集中顯示，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果，便于運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)查，系統(tǒng)構(gòu)架如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)構(gòu)架

3.3 方案比較

方案一采用硬電纜接入，原可直接利用換流變壓器原有備用芯接入CSI柜，在通過(guò)CSI柜經(jīng)光纖接入OWS監(jiān)控后臺(tái)，并對(duì)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行相應(yīng)修改，但因現(xiàn)場(chǎng)換流變壓器備用芯數(shù)量不足，需重新放置電纜，施工繁雜、經(jīng)濟(jì)效益欠佳。

方案二采用一體化監(jiān)控IED將分接開(kāi)關(guān)油室溫度信號(hào)上傳，可在一體化后臺(tái)實(shí)現(xiàn)聲光告警、趨勢(shì)分析等功能。方案二利用原有一體化光纖回路，不需重新放置新的光纜，工程量較低，且新配置監(jiān)測(cè)IED具有較好的可擴(kuò)展性，后期可接入其他需監(jiān)測(cè)的量。

綜上分析認(rèn)為，方案一在換流變壓器備用芯不足的情況下，需要重新敷設(shè)電纜，工作量大，改造費(fèi)用高，而方案二充分利用原有一體化光纖回路，且新的IED具有較好的可擴(kuò)展性，在經(jīng)濟(jì)性、施工便利性方面更適合該換流站現(xiàn)有改造條件。

3.4 實(shí)施效果

根據(jù)方案二進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)部署，將分接開(kāi)關(guān)油室溫度上傳至監(jiān)控后臺(tái)并增加預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)查詢功能，實(shí)現(xiàn)了換流變壓器分接開(kāi)關(guān)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和異常告警。圖7所示為某換流站MR分接開(kāi)關(guān)油室溫度變化趨勢(shì)，其溫度基本保持在25～40℃之間，與現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器顯示數(shù)據(jù)一致，達(dá)到預(yù)期的效果。

圖7 某換流站MR分接開(kāi)關(guān)油室溫度變化趨勢(shì)

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)一起換流變壓器分接開(kāi)關(guān)閉鎖調(diào)檔故障進(jìn)行原因分析，提出了相應(yīng)解決方案和防范措施，為其他換流站提供了參考。

1）建議新建直流工程招投標(biāo)、設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)時(shí)要求換流變壓器廠家將分接開(kāi)關(guān)油室溫度上送至監(jiān)控后臺(tái)，并能實(shí)現(xiàn)預(yù)警和查閱歷史曲線的功能，便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2）加強(qiáng)施工工藝驗(yàn)收管控，防止接線盒硅脂因涂抹過(guò)多超出規(guī)范造成熱熔而發(fā)生異常。

3）做好分接開(kāi)關(guān)故障的事故預(yù)想，增強(qiáng)運(yùn)維人員應(yīng)急處置能力，進(jìn)一步提升事故處理的效率。

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Analysis and improvement measures of a converter transformer tap switch position inconsistency

LI Xiaodi1CHAI Bin2LEI Zhanfei2

(1. Yinchuan University of Energy, Yinchuan 750100; 2. Maintenance Filiale of State Grid Ningxia Power Co., Ltd, Yinchuan 750011)

The shift principle and locking logic of MR tap switch in ultra high voltage (UHV) converter transformer is introduced in this paper. In view of a converter transformer tap switch inconsistent fault, this paper deeply analyzes the causes of the fault, analyzes and discusses the exposed problems, and puts forward the scheme of uploading the tap switch oil chamber temperature to the monitoring background and adding early warning and historical data query. It provides a reference for the follow-up design and operation maintenance of converter transformer tap switch.

tap switch; inconsistent; temperature; early warning

2020-12-28

2021-02-04

李小娣（1988—），女，甘肅蘭州人，碩士，講師，主要從事電氣專業(yè)教學(xué)工作。