高壓直流換流站分合閘控制裝置故障分析

牛崢

【摘要】本文以分合閘控制裝置的概述作為切入點，簡要闡述裝置的控制辦法，并分析裝置故障情況，最后提出故障排除的方法。

【關鍵詞】高壓直流換流站;分合閘控制裝置;故障分析

引言

正常情況，當斷路器分合閘時三相操作也會同步進行，但是分合閘的瞬間卻會有一定的變化情況。當變壓器出現負載時，直流分量的較高涌流以及操作電壓也會隨著一起產生，導致設備和系統被破壞。為了減少這種破壞的影響力，從直流工程起，分合閘控制裝置就應用到高壓直流換流站中，其目的控制單相或者三相斷路器中分閘以及合閘的順序，減少上述沖擊。

一、分合閘控制裝置簡介

在分合閘裝置中，斷路器的分/合命令是通過兩路輸入分開接受的，而各相間的投切時間，外部參數通過其他傳感器傳輸過來的輸入值，都是由3個自適應輸入檢測。分合閘控制裝置的輸入/出示意圖如圖1所示。其中一個重要的外部參數就是參考電壓，其數值的確定是來源于斷路器電源上TV的A相。如果自適應輸入檢測到參考電壓是0，那么分合閘控制裝置接收到來自輸入量的分/合閘命令的時候，其處理器會開始計時。如果計時時間到了設定的延時之后，分合閘控制裝置就會向斷路器中分合閘線圈發送投入命令。利用自適應功能，分合閘控制裝置會把某次投切每相的相位進行記載，同時會按照和期望值之間的相位差，把下次的投切延時進行自動調整。

圖1 分合閘控制裝置的輸入/出示意圖

（一）合閘順序

分合閘裝置在投入使用之前，應把每相之間的時間間隔進行相關的設置，因為最好投切的相位未必就和斷路器的每相之間的順序相同。正常情況下，最好投切的相位和這個相的電壓相關。如果這個相的電壓作為參考電壓，那么裝置投入相和參考電壓之間的時間間隔就由這個相的電壓和投切相決定。分合閘控制裝置的合閘順序如圖2所示。

圖2 分合閘控制裝置的合閘順序

合閘順序圖中，參考電壓是uref ;斷口電壓是ug;斷口絕緣強度是ubd;回路電流是i。tD1是裝置使用前參考電壓為0時和理論投切時刻之間的時間間隔;tD2是斷路器操作時分合閘時間的偏差;合閘之前會產生預起弧，相比電流產生的時間，合閘觸頭實際接觸的時間要晚一些，這個延遲時間就是tD3。

從圖2可以得知，tD1在A相上是0ms，在B相上是6.7ms，在C相是3.3ms，相對的相角分別是0o、120o、60o。

斷路器運行的時候，不僅機械分合閘會占據時間，還有其偏差的時間。從理論上來看，與延遲合閘相比，過早合閘后會產生較大的沖擊電壓，因此即使最合適的合閘相位還是會產生延遲。

（二）分閘順序

與合閘比較而言，分閘在熄弧時間上更長，為了防止再次燃弧或重新產生沖擊，就需要斷路器的觸頭在電壓到了過零點后就必須馬上分開。分合閘控制裝置中分閘順序如圖3所示。

圖3 分合閘控制裝置的分閘順序

tˊD1是電壓過零點和某相電流過零點之間的時間間隔;tˊD2是斷路器的分開時間和最近電流過零點之間的時間間隔一半。把A相電壓當作參考電壓且從0開始， tˊD1在A相上是5ms，在B相上是11.7ms，在C相上是8.3ms，相對的相角分別是90o、210o、150o。從圖3中可以看出，tˊD2延時在A、B、C三相是數值基本一致。

二、分合閘控制裝置的控制辦法

根據分合閘控制分閘和合閘順序的分析，其控制辦法主要是看三相之間的相角控制。下面從兩種斷路器中分合閘控制裝置的控制辦法進行分析，即交流濾波器小組的斷路器和變壓器進線的斷路器。首先交流濾波器小組的斷路器由分合閘控制裝置控制合閘時，根據A—B—C相隔60o（大概3.33ms）的順序進行控制;交流濾波器小組的斷路器由分合閘控制裝置控制分閘時，根據A—B—C相隔120o（大概6.6ms）的順序進行控制。其次，變壓器進線的斷路器由分合閘裝置控制其分合有利于減小勵磁涌流。變壓器進線的斷路器合閘由分合閘裝置控制時，根據A相首先合閘，C、B相同時合閘，其合閘的控制順序是和A相合閘時間相隔90o（大概5ms）;變壓器進線的斷路器分閘由分合閘裝置控制時，根據A—B—C相隔60o（大概3.3ms）的順序進行控制。

三、分合閘裝置故障情況分析

分合閘控制裝置還可以當作一些短路器的故障警報器，如果斷路器產生故障就會發出警報。分合閘控制裝置出現問題，除了會導致裝置自身故障之外，還會影響斷路器出現故障，因此為了防止斷路器故障產生嚴重事故，就有必要對分合閘控制裝置產生故障的原因進行認真地分析。

（一）分合閘裝置故障報警的原因和處理辦法

1、裝置電源消失。這種故障只要恢復電源報警就會消失。

2、程序丟失。這種故障會導致觸發ALARM燈亮，裝置報警，分合閘控制裝置顯示器上會顯示“WATCHDOG ERROR PROGRAM STOPPED FEFER TO MA—NUAL”。此時就需要把裝置復歸，然后再檢查設定值，該報警就會消失。

3、計算時間和之前設定值有偏差。這種情況之下ALARM燈亮，裝置會顯示“EEPROM ERROR PROGRAM STOPP ED FEFER T O MANUAL”。處理辦法只需重新出入設定值即可。

4、某相兩次完成投切的時間差超過3.5ms，ALARM燈亮，裝置報警，裝置會顯示“TIME DEV. >”。根據實際工作經驗來看，這種報警可能因斷路器操作回路出現故障，是需要重點檢查的故障。處理辦法是分別檢查斷路器的合閘和分閘時間。

5、某相兩次完成投切的時間差超過2ms但低于3.5ms，裝置會顯示“TIME DEV. <”，這種報警需要有待確認。

6、合閘后，裝置在750ms內未檢測到電流，ALARM燈亮，裝置報警，裝置顯示“NO RESP”。這種故障之下，裝置的自適應功能會失效，需要對外部電流的回路進行檢查。

7、在檢查裝置時交流母線電壓未被檢測到，ALARM燈亮，裝置報警，裝置會顯示“ NO REF VOLTAGE / UNSYNCHRONIZED / SWIT CHING”。處理辦法恢復交流母線電壓。

（二）分合閘裝置故障原因分類

1、交流母線失壓。比如斷路器本處于運行狀態，運行人員將其轉成熱備用，導致交流濾波器母線TV失壓，進而致使其中分合閘控制裝置出現故障。

2、斷路器合閘順序錯誤。比如本該A、B、C合閘順序應是三相相隔60o依次合閘，但實際卻是先把C相投入，B相落后C相60o，A相又落后B相30ms，如圖4所示。

圖4 斷路器合閘順序錯誤波形圖

3、空和斷路器。空合變壓器有關的斷路器或者交流濾波器的小組斷路器的過程中，斷路器中不會有電流流過，導致分合閘控制裝置無法檢測到電流，裝置也會發生報警信號。

四、故障排除

（一）修改tD2

斷路器操作時，機械分合閘時間會出現時間偏差tD2。在實際工作運行中，交流濾波器會因為合閘時間過早導致分合閘控制裝置出故障的狀況，因此，為了減少合閘時出現的沖擊電壓，同時為了確保絕緣強度，將設備存在的隱患消除，就需要把全部交流濾波器中對應的分合閘控制裝置的內部參數tD2從0.7改到0.9ms。

（二）帶電分合閘試驗

當某種斷路器檢修完成后，運行人員還需要通過多次的帶電分合閘試驗對斷路器進行復查，首先應檢查SER上的分合閘控制裝置報警信號，然后檢查TFR。假如第一次合閘時，斷路器的三相電壓超過100kv，且相間電流之間的時間差超過范圍，那么就需要再次進行帶電分合閘試驗，直到合閘時三相電壓和相間電流之間時間差合格才可以將斷路器投入使用。

五、結束語

通過分合閘控制裝置的簡介和控制辦法的分析，以及故障情況的列舉，可以得知這種裝置不僅能掌握斷路器投切的時間差，做到分相分合閘，減小沖擊，還能根據裝置顯示的故障信息，判斷路器處于什么運行狀況，對斷路器的故障進行預防，避免出現嚴重的電力事故。

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