一起換流變壓器有載分接開關(guān)故障分析及處理

趙希洋，孟騰龍，陸洪建，王思，崔鵬，黃欣

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司， 寧夏 銀川750011)

換流變壓器是直流輸電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，與換流閥組構(gòu)成換流器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，而有載分接開關(guān)是換流變壓器的重要部件[1]。有載分接開關(guān)的電機驅(qū)動機構(gòu)通過分接開關(guān)頂部齒輪盒和垂直的絕緣軸驅(qū)動中間齒輪，進(jìn)而帶動分接開關(guān)升檔或降檔，實現(xiàn)換流變壓器的有載調(diào)壓[2]。考慮換流變壓器額定電流、分接開關(guān)最大通過額定電流及分接開關(guān)體積等因素，每臺換流變壓器可配置1臺或多臺分接開關(guān)，達(dá)到技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素的平衡。

換流變壓器有載分接開關(guān)動作的主要原因可分為3種情況[3-4]：

(1)當(dāng)輸送功率變化時，雙極/極控制系統(tǒng)計算出新的觸發(fā)角，一旦觸發(fā)角的變化超出死區(qū)調(diào)節(jié)范圍時，分接開關(guān)通過升檔或降檔來確保觸發(fā)角始終保持在規(guī)定范圍之內(nèi)。

(2)當(dāng)直流系統(tǒng)連接的交流電網(wǎng)發(fā)生電壓波動時，直流電壓也會隨之變化，一旦超過死區(qū)調(diào)節(jié)電壓的范圍，換流變壓器通過升檔或降檔來減少交流電網(wǎng)波動的影響。

(3)當(dāng)直流系統(tǒng)由全壓運行轉(zhuǎn)變?yōu)榻祲哼\行時，雙極/極控制系統(tǒng)根據(jù)新的運行電壓發(fā)出分接開關(guān)降檔命令；反之，雙極/極控制系統(tǒng)發(fā)出分接開關(guān)升檔命令。

1 故障背景

某±800 kV特高壓換流站雙極四閥組大地回線降壓560 kV運行，輸送功率3 GW，站內(nèi)天氣晴，環(huán)境溫度25 ℃。

在直流功率由3 GW上升至5 GW的過程中，監(jiān)控系統(tǒng)顯示極Ⅰ高端換流變壓器星型中性線電流為41 A，其他中性線電流均為0 A。當(dāng)直流輸送功率上升至5 GW時，該中性點電流變?yōu)?9 A，明顯高于正常值。

站內(nèi)每臺換流變壓器配置3個分接開關(guān)，通過傳動軸實現(xiàn)檔位調(diào)節(jié)的聯(lián)動。極Ⅰ高端換流變壓器額定容量為405.13 MVA，具體參數(shù)如表1所示。

表1 極Ⅰ高端換流變壓器技術(shù)參數(shù)

2 故障情況及設(shè)備檢查

(1)監(jiān)控系統(tǒng)顯示極Ⅰ高端換流變壓器Y/Y-A網(wǎng)側(cè)套管A首端電流約555 A，網(wǎng)側(cè)套管B尾端電流為555 A，Y/Y-B、Y/Y-C網(wǎng)側(cè)套管首端、尾端電流都為512 A，A相電流相對B、C相電流偏差為8.40%；后臺查看極Ⅰ高端換流變壓器三相分接開關(guān)均位于1檔，現(xiàn)場機構(gòu)箱檔位表盤指針指向1檔。

(2)現(xiàn)場對4個換流變壓器星型中性線電流逐個測量，測量結(jié)果為極Ⅰ高端換流變壓器星型中性線電流為42.5 A，低端中性線電流0.5 A；極Ⅱ高端換流變壓器星型中性線電流為0.4 A，低端中性線電流為0.3 A。對極Ⅰ高端換流變壓器YY-A相分接開關(guān)頂部齒輪盒開蓋檢查，有載分接開關(guān)1的機械檔位位于15檔，如圖1所示。有載分接開關(guān)2、有載分接開關(guān)3的機械檔位均位于1檔，有載分接開關(guān)1的驅(qū)動軸和主傳動軸連接抱箍脫落，如圖2所示。

(3)手動啟動故障錄波檢查，極Ⅰ高端換流變壓器星型網(wǎng)側(cè)Y/Y-A套管首端電流明顯高于Y/Y-B、Y/Y-C首端電流；Y/Y-A、Y/Y-B、Y/Y-C閥側(cè)首端電流基本一致。

(4)對極Ⅰ高端換流變壓器Y/Y-A相3個分接開關(guān)進(jìn)行吊芯檢查，如圖3所示。有載分接開關(guān)1的切換開關(guān)表面潔凈，有載分接開關(guān)2、有載分接開關(guān)3的切換開關(guān)表面吸附有少量碳黑，手動進(jìn)行切換，機構(gòu)動作正確，無明顯異常；對過渡電阻、觸頭厚度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測試，測試結(jié)果在正常范圍內(nèi)，故可排除切換開關(guān)內(nèi)部存在放電故障[5]。

圖1 有載分接開關(guān)1的齒輪盒內(nèi)檔位指示

(a)電動驅(qū)動機構(gòu)與分接開關(guān)機械傳動

(b)脫落位置

圖3 有載分接開關(guān)1的切換開關(guān)吊芯檢查

(5)極Ⅰ高端換流變壓器進(jìn)行紅外熱成像檢測，換流變壓器相關(guān)的引線、接頭、套管、中性點CT等設(shè)備及元件溫度均正常，無異常發(fā)熱情況。

(6)中性點電流測量回路及相關(guān)二次屏柜進(jìn)行接線檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

通過上述檢查，可初步判斷該故障與極Ⅰ高端換流變壓器Y/Y-A的3臺有載分接開關(guān)檔位不一致有關(guān)，需要通過試驗進(jìn)一步驗證。

3 試驗分析

(1)對極Ⅰ高端換流變壓器三相本體進(jìn)行油色譜分析，并與前兩周數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，未發(fā)現(xiàn)明顯變化，試驗結(jié)果見表2。油色譜數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)，初步分析認(rèn)為極Ⅰ高端換流變壓器本體內(nèi)部無放電故障。

(2)紅外測溫數(shù)據(jù)正常，可判斷換流變壓器的引線、接頭、套管、中性點CT等無異常。

(3)換流變壓器中性線電流現(xiàn)場測試電流和監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)基本一致，且接線無短路、接地，可

表2 極Ⅰ高端換流變壓器本體油色譜分析

判斷二次回路無異常。

(4) 校核試驗。對極Ⅰ高端換流變壓器Y/Y-A相進(jìn)行調(diào)檔，測試不同檔位時的電壓變比、直流電阻、短路阻抗[6-8]。有載分接開關(guān)1的驅(qū)動軸和主軸重新連接，將3個有載分接開關(guān)檔位調(diào)整一致后，校核不同檔位時的電壓變比、直流電阻、短路阻抗，試驗數(shù)據(jù)見表3-表5。

表3 驅(qū)動軸恢復(fù)連接前后短路阻抗試驗

表4 驅(qū)動軸恢復(fù)連接前后電壓變比試驗數(shù)據(jù)

由表3—表5數(shù)據(jù)可知，驅(qū)動軸恢復(fù)連接前，不同檔位時短路阻抗、電壓變比、直流電阻的測試值與出廠值偏差較大，且隨換流變壓器檔位與15檔的差值增大而增大；驅(qū)動軸恢復(fù)連接后，主要參數(shù)與出廠值基本一致，符合規(guī)程[8]偏差要求。

4 結(jié)論及建議

綜合設(shè)備檢查、試驗分析及校核試驗，極Ⅰ高端換流變壓器有載分接開關(guān)故障原因為開關(guān)1的驅(qū)動軸和主軸連接抱箍脫落，檔位保持在15檔，無法同其他2個有載分接開關(guān)一同升檔、降檔，使得該相換流變壓器3個分接開關(guān)檔位不一致，導(dǎo)致Y/Y-A、Y/Y-B、Y/Y-C三相的直流電阻、短路阻抗、電壓變比等主要參數(shù)不一致。當(dāng)該相換流變壓器檔位偏離15擋越大時，Y/Y-A、Y/Y-B、Y/Y-C三相的中性點電流相差越大。校核試驗合格后，極Ⅰ高端換流變壓器恢復(fù)帶電運行，并進(jìn)行逐級升降檔調(diào)試，極Ⅰ高端換流變壓器中性點電流均為0 A，設(shè)備運行穩(wěn)定。

目前，該類型分接開關(guān)在監(jiān)控系統(tǒng)及現(xiàn)場檔位盤處的顯示檔位為機構(gòu)箱內(nèi)的電阻分壓回路模擬計算出的檔位，而非實際的機械檔位。極端情況下，電機驅(qū)動裝置的3個驅(qū)動軸和主軸連接抱箍全部分離時，現(xiàn)場機構(gòu)箱檔位及監(jiān)控系統(tǒng)的檔位仍會顯示控制系統(tǒng)目標(biāo)檔位，而實際機械檔位保持不動，進(jìn)而可能導(dǎo)致?lián)Q流變壓器三相檔位不一致，造成直流單極閉鎖等嚴(yán)重后果。

(1)建議設(shè)備廠家進(jìn)一步開展有載分接開關(guān)電動驅(qū)動裝置研究，能在線監(jiān)測每個分接開關(guān)的機械檔位在發(fā)生機械故障時報警。

(2)加強分接開關(guān)的運維檢修管理，對同類型分接開關(guān)采取改進(jìn)連接抱箍結(jié)構(gòu)[9]，年度檢修期間開展驅(qū)動軸專項檢查，對監(jiān)控系統(tǒng)增設(shè)中性點電流監(jiān)視界面等改進(jìn)措施。