一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致原因分析及改進措施

李小娣 柴 斌 雷戰(zhàn)斐

一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致原因分析及改進措施

李小娣1柴 斌2雷戰(zhàn)斐2

（1. 銀川能源學院，銀川 750100；2. 國網(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分接開關(guān)調(diào)檔原理及閉鎖邏輯。針對一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致故障，深度解剖此次故障的原因，對暴露出的問題進行分析探討，提出將分接開關(guān)油室溫度上傳至監(jiān)控后臺并增加預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)查詢的方案，為換流變壓器分接開關(guān)后續(xù)設(shè)計及運行維護提供參考。

分接開關(guān)；不一致；溫度；預(yù)警

0 引言

換流變壓器通過有載分接開關(guān)調(diào)整，長期實現(xiàn)閥側(cè)直流電壓恒定不變、網(wǎng)側(cè)交流電壓波動補償、直流系統(tǒng)降壓運行及直流功率調(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，由于實時現(xiàn)貨交易，直流功率調(diào)整異常頻繁，導致分接頭動作次數(shù)頻繁，其故障率也相應(yīng)增加[1-5]。

本文通過對某換流站一起分接開關(guān)檔位不一致故障的分析研究，發(fā)現(xiàn)MR真空分接開關(guān)油室溫度超出范圍會閉鎖調(diào)檔回路，而前期工程設(shè)計并未將該溫度上傳至監(jiān)控后臺，未實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全面監(jiān)視。針對這一問題，本文提出針對性的整改措施和方案，實現(xiàn)分接開關(guān)油溫實時監(jiān)測和預(yù)警功能，達到全面監(jiān)視分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔回路的目的，進一步提高換流變壓器運維管理水平[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過程中，監(jiān)控系統(tǒng)閥組控制主機（converter control protection, CCP）12A/B報“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”，后臺及現(xiàn)場顯示極Ⅰ低端Yy-B相換流變壓器分接頭為12檔，其余5臺換流變壓器分接頭均為11檔。詳細故障報文見表1。

現(xiàn)場對一、二次設(shè)備進行詳細檢查，發(fā)現(xiàn)極Ⅰ低端Yy-B相換流變壓器分接開關(guān)B7溫度傳感器顯示溫度高達134℃且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)跳變現(xiàn)象?，F(xiàn)場立即對同類型三臺換流變壓器有載分接開關(guān)油樣進行絕緣油耐壓值測試、油中含水量測定、油中溶解氣體分析，各項數(shù)據(jù)指標正常。初步判斷為分接開關(guān)油室溫度傳感器異常，致使溫度超出正常范圍，從而閉鎖分接開關(guān)調(diào)檔回路。隨后，現(xiàn)場對B7溫度傳感器進行更換，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。通過持續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，傳感器溫度穩(wěn)定時保持在40℃，然后循環(huán)出現(xiàn)由40℃上升至200℃的跳變現(xiàn)象，溫度跳變時對PT100電阻值進行測量，其數(shù)值也存在跳變的情況?，F(xiàn)場故障檢查狀況如圖1所示。

表1 分接開關(guān)操作時故障報文

圖1 現(xiàn)場故障檢查狀況

2 原因分析

2.1 分接開關(guān)油室溫度閉鎖調(diào)檔回路分析

MR真空有載調(diào)壓開關(guān)電弧的熄滅均在真空泡中進行，絕緣油只承擔冷卻和潤滑的作用，由于在換流變壓器有載分接開關(guān)運行試驗過程中，分接開關(guān)頻繁動作，溫度上升，發(fā)生過閃絡(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關(guān)油室內(nèi)配置了鉑電阻PT100，利用電阻/溫度對應(yīng)關(guān)系來推算油室溫度，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運行正常觸頭。

當油溫高于+125℃時，溫度控制器觸頭B7:26斷開，切斷有載分接開關(guān)控制回路，致使換流變壓器有載分接開關(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

為進一步確認PT100鉑電阻值跳變的原因，技術(shù)人員對溫度傳感器本體接線盒進行開蓋檢查，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)場將接線打開后，在本體接線盒對PT100阻值進行測量，連接于1、2端子之間的PT100阻值為115W，對應(yīng)溫度為40℃左右，正好與溫度傳感器穩(wěn)定時的溫度保持一致，而接于4、5端子間的備用PT100阻值為109W，對應(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量一致，鉑電阻溫度與電阻對應(yīng)表見表2。

圖3 PT100鉑電阻溫度傳感器及接線圖

因此，判斷當前在用的PT100電阻輸出回路傳感器存在異常，導致溫度發(fā)生跳變，現(xiàn)場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，手動對分接開關(guān)進行升、降檔操作，分接頭動作正確。

表2 鉑電阻PT100溫度與電阻對應(yīng)表

3 解決及防范措施

通過上述故障分析可知，目前MR分接開關(guān)油室絕緣油溫度只能在就地匯控柜進行查看，并未將溫度值上送至監(jiān)控后臺，導致運維人員無法實時監(jiān)測換流變壓器分接開關(guān)的油室溫度及其變化趨勢，不利于對現(xiàn)場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關(guān)油室溫度接入后臺的方案，以供參考。

3.1 方案一

從分接開關(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電流量來反映溫度大小，再將4～20mA模擬量接入閥組開關(guān)量接口（converter switch interface, CSI）柜NR1425BL測量板卡，通過CSI柜上傳至運維人員工作站（operator work station, OWS）監(jiān)控后臺。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

分接開關(guān)油室溫度接入測量板卡后，還需要在CCP軟件程序中增加相應(yīng)的功能模塊，溫度值遙測點軟件示意圖如圖5所示。同時，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 溫度值遙測點軟件示意圖

3.2 方案二

從換流變壓器分接開關(guān)本體的接線盒中，將備用的PT100監(jiān)測到的溫度數(shù)據(jù)傳送至傳感器測量模塊，傳感器測量模塊通過RS485通信方式將數(shù)據(jù)上傳至溫度在線監(jiān)測智能電子設(shè)備（intelligent elec- tronic device, IED）內(nèi)。每一臺換流變壓器有載分接開關(guān)配置一臺溫度在線監(jiān)測IED，溫度在線監(jiān)測IED對數(shù)據(jù)進行分析打包，形成IEC61850規(guī)約數(shù)據(jù)包，再通過原有的光纖網(wǎng)絡(luò)將溫度數(shù)據(jù)上傳至一體化后臺界面顯示，在后臺服務(wù)器界面集中顯示，達到實時監(jiān)測效果，便于運行人員實時監(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CSI柜經(jīng)光纖接入OWS監(jiān)控后臺，并對控制系統(tǒng)軟件進行相應(yīng)修改，但因現(xiàn)場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)濟效益欠佳。

方案二采用一體化監(jiān)控IED將分接開關(guān)油室溫度信號上傳，可在一體化后臺實現(xiàn)聲光告警、趨勢分析等功能。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IED具有較好的可擴展性，后期可接入其他需監(jiān)測的量。

綜上分析認為，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具有較好的可擴展性，在經(jīng)濟性、施工便利性方面更適合該換流站現(xiàn)有改造條件。

3.4 實施效果

根據(jù)方案二進行現(xiàn)場部署，將分接開關(guān)油室溫度上傳至監(jiān)控后臺并增加預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)查詢功能，實現(xiàn)了換流變壓器分接開關(guān)溫度的實時監(jiān)測和異常告警。圖7所示為某換流站MR分接開關(guān)油室溫度變化趨勢，其溫度基本保持在25～40℃之間，與現(xiàn)場溫度傳感器顯示數(shù)據(jù)一致，達到預(yù)期的效果。

圖7 某換流站MR分接開關(guān)油室溫度變化趨勢

4 結(jié)論

本文通過對一起換流變壓器分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔故障進行原因分析，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、設(shè)計聯(lián)絡(luò)會時要求換流變壓器廠家將分接開關(guān)油室溫度上送至監(jiān)控后臺，并能實現(xiàn)預(yù)警和查閱歷史曲線的功能，便于現(xiàn)場運維人員的實時監(jiān)控。

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

3）做好分接開關(guān)故障的事故預(yù)想，增強運維人員應(yīng)急處置能力，進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)教學工作。