真空有載分接開(kāi)關(guān)的應(yīng)用及可靠性提升措施分析

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 胡鵬偉 李 豪 劉 洋 李 彤 許澤昊

換流變壓器基本可視為直流輸電系統(tǒng)中的重要組成部分，在運(yùn)行過(guò)程中，需經(jīng)內(nèi)部真空有載分接開(kāi)關(guān)的作用實(shí)現(xiàn)對(duì)直流系統(tǒng)電壓的分級(jí)調(diào)整與優(yōu)化處理。究其原因，主要是因在換流變壓器內(nèi)部真空有載分接開(kāi)關(guān)的作用下，可減少換流變壓器側(cè)電壓變化對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)造成的不利影響。同時(shí)，在真空有載分接開(kāi)關(guān)的作用下，觸發(fā)角可在適當(dāng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行過(guò)程，提高直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)效益。

近年來(lái)，為全面加強(qiáng)特高壓直流輸電工程的運(yùn)行安全性，相關(guān)人員主張從基于真空有載分接開(kāi)關(guān)的變流變壓器運(yùn)行情況方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理分析。主要根據(jù)真空有載分接開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及運(yùn)行原理，提出可靠性管理措施，以便更好地推動(dòng)我國(guó)特高壓直流輸電工程的安全運(yùn)行效果。

1 真空有載分接開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)組成及運(yùn)行原理分析

1.1 結(jié)構(gòu)組成分析

真空有載分接開(kāi)關(guān)在結(jié)構(gòu)組成方面，主要以切換開(kāi)關(guān)、分接選擇器以及電動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件組成。運(yùn)行期間，真空有載分接開(kāi)關(guān)中的切換開(kāi)關(guān)與分接選擇器會(huì)發(fā)揮自身的運(yùn)行特性支撐真空有載分接開(kāi)關(guān)安全運(yùn)行。與以往分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行不同，真空有載分接開(kāi)關(guān)在運(yùn)行過(guò)程中可不需借助動(dòng)靜觸頭以及過(guò)渡電阻實(shí)現(xiàn)切換控制過(guò)程，而是可以利用主換-觸頭、輔換-觸頭等方式進(jìn)行切換控制[1]。與此同時(shí)，在檔位調(diào)整過(guò)程中，真空有載分接開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的電弧問(wèn)題不會(huì)受到絕緣油的作用影響而出現(xiàn)熄滅現(xiàn)象。而是可以受到主真空斷路器及輔真空斷路器的分合控制完成電弧熄滅過(guò)程（圖1）。

1.2 運(yùn)行原理分析

正式運(yùn)行過(guò)程中，真空有載分接開(kāi)關(guān)主要可以主動(dòng)結(jié)合真空斷路器運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，達(dá)到良好的切換控制過(guò)程。如真空有載分接開(kāi)關(guān)在運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)借助主真空斷路器及電阻真空斷路器的分合處理功能完成自主切換控制過(guò)程。舉例而言，真空有載分接開(kāi)關(guān)處于正常工作狀態(tài)下，內(nèi)部通入的電流會(huì)順著作用途徑流向中性點(diǎn)位置。

其中，負(fù)載完成轉(zhuǎn)換過(guò)程時(shí)，電流會(huì)按照一定流經(jīng)方向分別進(jìn)入到主觸頭以及主真空斷路器當(dāng)中。合上主真空斷路器后，內(nèi)部電流會(huì)分別通入結(jié)構(gòu)中的中性點(diǎn)位置，需注意的是，不同中性點(diǎn)位置會(huì)受到電位差的影響而形成環(huán)流現(xiàn)象。當(dāng)旁路觸頭與相關(guān)位置連接之后，工作人員可選擇斷開(kāi)電阻真空斷路器，此時(shí)電流會(huì)周而復(fù)始完成運(yùn)作過(guò)程并再次流經(jīng)中性點(diǎn)位置[2]。

圖1 真空有載分接開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

2 真空有載分接開(kāi)關(guān)故障事例分析

某特高壓換流站極I高端Y/DC相換流變檔位發(fā)生調(diào)整變化，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員將原來(lái)的18檔調(diào)節(jié)到19檔后，直流控制保護(hù)系統(tǒng)觸發(fā)動(dòng)作保護(hù)功能，分別執(zhí)行高端換流變大差保護(hù)、角差保護(hù)等動(dòng)作。在運(yùn)行過(guò)程中，因受到內(nèi)部電流電壓的變化影響，換流變本體發(fā)出重瓦斯動(dòng)作信號(hào)。此后極I高端換流器出現(xiàn)明顯閉鎖問(wèn)題，換流變端受到上述影響退出運(yùn)行。

針對(duì)上述事故問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)做出反應(yīng)，針對(duì)真空有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)問(wèn)題進(jìn)行研究與分析。在解體真空有載分接開(kāi)關(guān)時(shí)，觀測(cè)到換流變箱壁及器身存在明顯的電弧燒蝕問(wèn)題。為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)故障問(wèn)題的研究，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員對(duì)真空有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行了深度解體。解體發(fā)現(xiàn)內(nèi)部開(kāi)關(guān)體相對(duì)完整，但頂部法拉盤(pán)存在缺陷。另外從切換開(kāi)關(guān)內(nèi)部也觀察到了明顯燒損現(xiàn)象[3]。

雖然發(fā)現(xiàn)過(guò)渡電阻也存在燒損問(wèn)題，但用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量后仍舊可以顯示阻值。此外，主換向觸頭與部分金屬連接片受到燒蝕影響熔接在一起，同時(shí)部分分接選擇器在頂部蓋板位置上也存在不同程度的變形及燒毀問(wèn)題。根據(jù)上述種種現(xiàn)象表明，該換流變載分接開(kāi)關(guān)檔位調(diào)整過(guò)程中，容易導(dǎo)致內(nèi)部短路故障問(wèn)題發(fā)生。

3 真空有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行可靠性提升措施研究

結(jié)合上述案例不難得知，受短路故障問(wèn)題影響，真空有載分接開(kāi)關(guān)會(huì)出現(xiàn)較多的風(fēng)險(xiǎn)隱患問(wèn)題。如不加以及時(shí)解決，內(nèi)部存在的過(guò)流或放電燒蝕問(wèn)題將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，甚至?xí)?duì)特高壓直流輸電工程的整體運(yùn)行效果造成嚴(yán)重威脅。為及時(shí)解決真空有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行故障問(wèn)題，相關(guān)人員應(yīng)勇于承擔(dān)起自身的主體責(zé)任，堅(jiān)持按照科學(xué)可靠的管理措施要求，對(duì)真空有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行可靠性問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，最好可從四方面進(jìn)行落實(shí)：

一是工作人員應(yīng)利用非電量?jī)?yōu)化保護(hù)措施，加強(qiáng)對(duì)特高壓換流站真空有載開(kāi)關(guān)的控制管理力度?？刂乒芾磉^(guò)程中，可從壓力釋放閥頭報(bào)警及跳閘安全性等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與分析。根據(jù)分析反饋結(jié)果提出針對(duì)性的安全可靠運(yùn)行措施，大幅降低真空有載分接開(kāi)關(guān)爆燃風(fēng)險(xiǎn)程度。同時(shí)可積極立足于特高壓換流站真空有載開(kāi)關(guān)的運(yùn)行現(xiàn)狀，結(jié)合運(yùn)行現(xiàn)狀表現(xiàn)提出針對(duì)性措施，降低真空有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[4]。

二是工作人員應(yīng)根據(jù)真空有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行需求，對(duì)控制軟件邏輯運(yùn)行水平進(jìn)行合理控制。從客觀角度上看，真空有載分接開(kāi)關(guān)檔位調(diào)整是否合理，往往會(huì)對(duì)特高壓直流輸電工程整體運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。針對(duì)于此，建議工應(yīng)主動(dòng)結(jié)合直流輸電工程運(yùn)行原則，對(duì)真空有載分接開(kāi)關(guān)控制軟件邏輯運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行合理優(yōu)化，減少運(yùn)行過(guò)程中不必要的動(dòng)作，降低故障發(fā)生頻率。

三是工作人員應(yīng)適當(dāng)提升真空有載分接開(kāi)關(guān)的消防應(yīng)對(duì)能力。應(yīng)結(jié)合以往真空有載分接開(kāi)關(guān)的事故案例，對(duì)造成事故問(wèn)題的具體成因進(jìn)行研究與分析。結(jié)合大量事故案例經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，換流變真空有載分接開(kāi)關(guān)油室出現(xiàn)故障問(wèn)題往往會(huì)引起大面積起火，另外換流變本體出現(xiàn)故障問(wèn)題也會(huì)引起起火。為防止出現(xiàn)火災(zāi)，建議可在真空有載分接開(kāi)關(guān)上方位置增設(shè)干粉滅火器，加強(qiáng)對(duì)火災(zāi)問(wèn)題的預(yù)防能力。

四是工作人員可積極借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)改進(jìn)新設(shè)備設(shè)計(jì)方案。舉例而言，對(duì)于真空有載分接開(kāi)關(guān)的制造設(shè)計(jì)問(wèn)題，可按照優(yōu)化改造措施原則，利用濾油機(jī)通油管路接地系統(tǒng)提高分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行效果[5]。

總之，為全方位提高特高壓直流輸電工程的運(yùn)行安全性，建議相關(guān)人員應(yīng)對(duì)真空有載分接開(kāi)關(guān)的運(yùn)行安全問(wèn)題予以高度重視，最好可以在立足于真空有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行結(jié)構(gòu)及原理的前提條件下，對(duì)當(dāng)前存在的運(yùn)行不足問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)與歸納，并根據(jù)不足問(wèn)題的具體成因提出針對(duì)性地解決措施，以期可以從根本上深化真空有載分接開(kāi)關(guān)的運(yùn)行安全效果。