換流變壓器有載分接開關(guān)控制系統(tǒng)分析和改進研究

周海濱， 梁晨， 黃澤杰， 馮家偉

(1.南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 510663; 2.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510640)

換流變壓器有載分接開關(guān)控制系統(tǒng)分析和改進研究

周海濱1， 梁晨1， 黃澤杰2， 馮家偉2

(1.南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 510663; 2.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510640)

換流變較普通交流變壓器有載分接開關(guān)操作頻率高，隨著調(diào)壓次數(shù)的增多，操作不良和故障率也相應(yīng)增加。結(jié)合典型的換流變有載分接開關(guān)檔位不一致故障，分析有載分接開關(guān)檔位不一致的主要原因為繼電器剩磁，并提出增大繼電器恢復(fù)時間、對繼電器進行去磁處理的改進建議，運行經(jīng)驗表明提出的措施可有效減少有載分接開關(guān)滑檔出現(xiàn)的概率，提高可靠性。

有載分接開關(guān)；檔位不一致；滑檔；繼電器；剩磁

0 引 言

有載分接開關(guān)是換流變壓器完成調(diào)壓的核心部件，對保證電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性起到重要的作用[1-3]。換流變壓器較普通交流變壓器一個顯著區(qū)別就是其有載分接開關(guān)操作頻率高，隨著調(diào)壓次數(shù)的增多，其操作不良和故障率也相應(yīng)增加。

南方電網(wǎng)某型號換流變壓器有載分接開關(guān)近期發(fā)生4起檔位不一致故障，造成換流變壓器非計劃停運。有載分接開關(guān)頻繁發(fā)生檔位不一致故障，對高壓直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來風(fēng)險，因此亟需開展該方面的研究。本文結(jié)合一起典型的有載分接開關(guān)檔位不一致故障，分析檔位不一致的原因，提出有針對性的改造建議。

1 故障情況

2015年6月至2016年2月，南方電網(wǎng)兩個換流站3臺換流變壓器相繼發(fā)生4起有載分接開關(guān)檔位不一致故障(其中1臺換流變壓器連續(xù)發(fā)生兩次)，經(jīng)檢查均為二次回路故障所致。下面以一起典型的有載分接開關(guān)檔位不一致故障為例，介紹該型有載分接開關(guān)的故障情況。

2016年02月16日，某換流站在極2換流變由4檔調(diào)5檔的過程中，監(jiān)控系統(tǒng)報“S2P2PCP1 Y/Y換流變A相有載調(diào)壓開關(guān)未完成切換 出現(xiàn)”、“S2P2PCP1 YY換流變A相電機保護開關(guān)Q1脫扣出現(xiàn)”，工作站及現(xiàn)場顯示極2 Y/Y換流變A相有載調(diào)壓開關(guān)檔位為8檔，其他五臺換流變有載調(diào)壓開關(guān)檔位為5檔。詳細SER報文如表1所示。

表1 分接開關(guān)操作時SER報文

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)極2 Y/Y A相換流變有載調(diào)壓開關(guān)就地控制箱內(nèi)電機開關(guān)Q1跳開，運行保護時間繼電器K601和檔位未完成時間繼電器K602告警燈亮；復(fù)位后試合Q1成功后工作站手動調(diào)整極2 Y/Y換流變A相分接頭至5檔。分接開關(guān)端子箱如圖1所示。

圖1 電機及行程開關(guān)實物圖

2 故障分析

經(jīng)分析，檔位不一致故障均發(fā)生在有載分接開關(guān)的控制機構(gòu)箱及控制回路中，與有載分接開關(guān)本體無關(guān)。下面根據(jù)該型號有載分接開關(guān)電動機構(gòu)二次回路圖，從電動機構(gòu)控制原理、升檔原理和保護原理三個層次分析檔位不一致的原因。

2.1 電動機構(gòu)控制過程分析

該有載分接開關(guān)控制回路如圖2所示。圖中，K2、K3繼電器分別為升、降檔繼電器。以現(xiàn)場電動操作為例，使用升降擋開關(guān)S2進行升檔(遠方操作電路邏輯相同)，接通圖中黑色粗線所示的回路。K2繼電器吸合后電機開始正向旋轉(zhuǎn)，同時K2端子吸合，形成自保持回路(如圖中灰色粗線所示)，不再需要手動供電。

圖2 電動機構(gòu)控制回路圖(行程第一格)

圖2中的S5、S6、S8、S9、S11、S12、S14、S15均為機械行程開關(guān)，根據(jù)機構(gòu)動作的位置決定斷開或閉合。把電機旋轉(zhuǎn)操作1檔的整個過程分為25格，圖3表示每運動一格各行程開關(guān)的位置關(guān)系，黑色表示閉合，白色表示斷開。

圖3 行程開關(guān)端子分合順序圖

在升檔操作進行到最后一格時，行程開關(guān)S12的3-4節(jié)點閉合，圖4中黑色粗線所示回路供電，同時S11的1-2節(jié)點斷開。

圖4 電動機構(gòu)控制回路圖(行程最后一格)

檔位調(diào)節(jié)到位時，S12斷開，K2繼電器失電，K2的33-34端子恢復(fù)斷開位置。最后S11的1-2端子恢復(fù)閉合位置，但K2端子已經(jīng)斷開，自保持回路不通，調(diào)檔完成。

2.2 檔位不一致原因分析

此次有載分接開關(guān)檔位不一致故障表現(xiàn)為滑檔。

如圖4所示，在升檔操作的最后一格時，如果K2斷電后由于剩磁延時釋放K2的33-34端子，將導(dǎo)致S11的1-2端子恢復(fù)閉合后，K2的33-34端子還未斷開，K2繼續(xù)帶電直接進行下一個檔位操作，出現(xiàn)滑檔。

若行程開關(guān)S12失去彈性或卡澀，在升檔操作的最后一格時S12的3-4端子沒能恢復(fù)斷開狀態(tài)，將導(dǎo)致保持回路繼續(xù)導(dǎo)通，K2斷電失敗，直接進行下一個檔位操作，出現(xiàn)滑檔。

2.3 電動機構(gòu)保護與滑檔控制分析

該型號有載分接開關(guān)在發(fā)生滑檔時，滑檔檔位均未超過3檔，其原因為該型號有載分接開關(guān)的電動機構(gòu)采用延時繼電器回路作為滑檔保護，如圖5所示。

圖5中，K6為時間繼電器，升降檔繼電器帶電的同時會使K6帶電，K6的延時常開接點會在一定時間后閉合使繼電器Q1帶電跳開電機電源。

該有載分接開關(guān)使用的是正反調(diào)方式的選擇器，一檔的調(diào)節(jié)時間大約為4.5 s，在中間檔位時需要將調(diào)壓線圈進行正反連接變換，所以調(diào)節(jié)中間檔位的時間為3檔連調(diào)時間(大約需要13.5 s)，K6保護的整定值需要超過連續(xù)3檔的調(diào)檔時間來避開中間檔位的調(diào)檔時間，取為15 s。

因此，當(dāng)控制回路元器件出現(xiàn)異常使有載分接開關(guān)出現(xiàn)滑檔時，最多連續(xù)滑3檔后保護跳開電動機構(gòu)電機電源，即滑檔故障不會超過3檔。

圖5 電動機構(gòu)保護回路圖

2.4 故障現(xiàn)場及處理

在本次故障中，有載調(diào)壓開關(guān)就地控制箱內(nèi)電機開關(guān)Q1跳開，運行保護時間繼電器K601和檔位未完成時間繼電器K602告警燈亮，說明分接開關(guān)發(fā)生滑檔且內(nèi)部防止滑檔的電氣保護動作[4]。

后續(xù)進行停電處理，對該分接開關(guān)進行1天半的反復(fù)測試，操作近2 000次未重現(xiàn)該故障。結(jié)合前文分析，認為本次有載分接開關(guān)滑檔原因為分接開關(guān)二次回路元器件瞬時性故障(升檔繼電器K2斷電后剩磁延時釋放)或行程開關(guān)S12卡澀。

3 改進措施研究

該型號有載分接開關(guān)在升降檔位操作過程中，由于繼電器剩磁延時釋放、行程開關(guān)失去彈性或卡澀等元件異常會使控制回路繼續(xù)帶電導(dǎo)通，直觀表現(xiàn)為滑檔。據(jù)統(tǒng)計，繼電器剩磁延時釋放是導(dǎo)致有載分接開關(guān)滑檔的最主要原因[5]，下面結(jié)合有載分接開關(guān)控制回路圖提出防止由于繼電器剩磁延時釋放導(dǎo)致分接開關(guān)滑檔的措施。

3.1 增大繼電器恢復(fù)時間

圖6所示的行程開關(guān)端子分合順序圖中，陰影區(qū)域間隔A-B/C-D為S12(3-4)斷開到S11(1-2)閉合的間隔，即為可供繼電器K2/K3復(fù)位的時間。為了使繼電器在斷電后可靠歸位，可以通過以下兩種方式增大這段時間間隔：

1)修改行程開關(guān)邏輯。如圖6所示，將S11(1-2)開啟時刻從B/D延時到E/F，保證繼電器可靠釋放。

2)加入行程開關(guān)Sx。將Sx與K2端子串聯(lián)，如圖7所示。Sx在S12(3-4)斷開時同步斷開，在S11(1-2)閉合之后，仍保持K2所在支路處于斷開狀態(tài)，直到E處才開始閉合。針對降檔回路的K3繼電器可以采取同樣的方法。

圖6 行程開關(guān)端子分合順序圖

圖7 電動機構(gòu)控制回路圖(優(yōu)化后)

3.2 繼電器去磁處理

如圖8所示，將K2、K3等電磁繼電器改造為無剩磁繼電器，實現(xiàn)的思路有兩種：

1)多裝一只接觸器與時間繼電器，在原有繼電器斷電后(可用電子電路檢測)，立刻讓第二只接觸器打開，將原有繼電器正負反接0.05 s左右，使繼電器上產(chǎn)生反向磁場，消去剩磁。

2)在原有的繼電器上反向纏繞線圈。在繼電器斷電后(可用電子電路檢測)，通過時間繼電器的控制，立即接通反向線圈0.05 s，通過短時間的反向磁場消去剩磁。在這種方法中，反向線圈與原有的繼電器僅存在磁路連接，可以避免消剩磁電路與控制回路的電氣連接，保證控制回路的可靠性。

圖8 繼電器實物圖

4 結(jié)束語

本文對一種換流變有載分接開關(guān)在升降檔位操作過程中出現(xiàn)滑檔的原因進行分析，并根據(jù)行程開關(guān)分合順序圖，提出了增大恢復(fù)時間、繼電器進行去磁處理等避免由于剩磁而導(dǎo)致有載分接開關(guān)滑檔的改進措施。運行經(jīng)驗表明，本文提出的改進措施能夠有效減少滑檔出現(xiàn)的概率，提高有載分接開關(guān)運行可靠性。

[1] 張德明. 變壓器有載分接開關(guān)[M]. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1998.

[2] 陳敢峰，姚集新. 變壓器分解開關(guān)實用技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[3] 張德明. 變壓器真空有載分接開關(guān)[M].北京：中國電力出版社，2015.

[4] 張德明. 變壓器分接開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[M].北京：中國電力出版社，2008.

[5] 姚志松，姚磊. 有載分接開關(guān)實用手冊[M].北京：中國電力出版社，2003.

Analysis and Improvement of the Converter Transformer OLTC Control System

Zhou Haibin1, Liang Chen1, Huang Zejie2, Feng Jiawei2

(1.Inspection & Test Center, CSG EHV Power Transmission Co., Guangzhou Guangdong 510663, China;2.School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510640, China)

Compared with ordinary AC transformer, the converter transformer has a higher operation frequency of the on-load tap changer (OLTC). As voltage regulation is made more frequently, poor operation and fault rate will increase. Under consideration of the typical fault of gear-position inconsistency of OLTC, this paper points out that residual magnetism of the relay is the main cause of such inconsistency of this model, and makes an improvement suggestion for extension of the recovery time of the relay and demagnetization of the relay. Operational experience shows that the proposed suggestion can reduce the probability of running-through fault of OLTC and improve its reliability.

OLTC (on-load tap changer); gear-position inconsistency; running-through fault; relay; residual magnetism

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.04.028

TM411+.1

A

1000-3886(2017)04-0095-03

定稿日期: 2017-02-15

周海濱(1981-)，男，河南洛陽人，碩士，高級工程師，從事(特)高壓交直流電氣設(shè)備的檢修試驗和技術(shù)研究工作。