換流站換流變分接頭控制回路故障分析

黃家銘++饒洪林++王喆

摘 要：本文主要介紹了500kV換流站的重要主設備換流變壓器的有載調壓開關，內容包括其調壓原理，以及在多年的直流系統運維過程中，換流變壓器有載調壓開關出現過的典型故障及整改處理措施。

關鍵詞：換流變 分接頭 調壓原理 故障

Analysis of Transformer Tap Changer Control Circuit Fault

Abstract：This article introduces transformer tap changer of converter station.The content includes the theory of voltage regulating，and the fault of transformer tap changer control circuit during the HVDC transmitting.

Key words： transformer；tap changer；the theory of voltage regulating；fault

1、引言

在高壓直流輸電系統中，換流變壓器（以下簡稱“換流變”）是重要的設備之一，這是由于其處在交流電與直流電互相變換的核心位置以及在設備制造技術方面的復雜性和設備費用的昂貴等所決定的。另外，換流變的可靠性及可用性對于整個系統來說也是關鍵的。作為換流變的重要組成部件—有載調壓開關（以下簡稱“分接頭”），在確保直流輸電的安全穩定方面，起著舉足輕重的作用。

換流變分接頭調節的意義：①當直流系統處于空載時，為保持換流變閥側空載電壓恒定，而調節換流變分接頭。由于直流系統處于空載，換流變已充電，交流電網的電壓波動引起的換流變閥側空載電壓變化，則調節換流變分接頭檔位保持換流變閥側空載電壓恒定。②直流系統正常運行時，直流負荷發生變化時，控制系統則一方面改變控制角（觸發角或關斷角）以調節直流功率，但另一方面又要保證控制角于一定范圍之內。所以，當控制角超出范圍時，則調節換流變分接頭檔位，再將控制角調回一定范圍之內。

2、換流變分接頭調壓原理

圖1 換流變分接頭示意圖

調節換流變分接頭檔位改變變比，是通過改變換流變網側線圈的匝數（換流變閥側線圈匝數固定不變）來實現的。

換流變分接頭各主要部件：圖中字母A為換流變網側套管，字母B為換流變網側中性線套管，在A、B套管之間并聯安裝了兩個分接頭，兩個分接頭檔位調節完全一致，其目的是為了滿足容量的需要，因為單組線圈并不能滿足單極直流系統額定工作時的功率（一般為1500MW）。對其中一個分接頭裝置而言，N1為換流變網側繞組主線圈，其匝數計為n1；NX為換流變網側繞組可調線圈，其匝數計為nx；數字1～16為分接頭選擇開關靜觸頭，黑色箭頭為分接頭選擇開關動觸頭；數字20為分接頭極性開關動觸頭，數字21、22均為分接頭極性開關靜觸頭。

現以換流變分接頭檔位為1檔（圖中所示的分接頭調檔范圍為1～31檔），換流變網側電壓U1減小為例，說明分接頭調壓原理。當換流變網側電壓U1減小時，分接頭由1檔向16檔調節，極性開關20號接頭與21號接頭連接，選擇開關動觸頭與選擇開關靜觸頭1～16依次連接。此時，線圈N1和NX極性相同，因此換流變閥側電壓U2的計算公式為：

= = （1-1）

上式中n2為換流變閥側繞組線圈的匝數（固定值）。由于換流變網側電壓U1減小，分接頭檔位上升，nx減小，從而保證換流變閥側電壓U2恒定。

此時，若換流變閥側電壓仍不能達到要求，則分接頭由16檔向31檔調節，極性開關20號接頭與22號接頭連接，選擇開關動觸頭與選擇開關靜觸頭16～1依次連接。

此時，線圈N1和NX極性相反，因此換流變閥側電壓U2的計算公式為：

= = （1-2）

由于換流變網側電壓U1減小，分接頭檔位由16檔繼續上升，nx增大，從而保證了換流變閥側電壓U2恒定。

3、換流變分接頭常見故障及分析

總結換流站多年的運維經驗，換流變分接頭常見故障為分接頭不同步（不一致）故障。下面江陵站和宜都站換流變分接頭故障為例，分析故障原因及采取的處理措施。

3.1江陵站換流變分接頭故障分析

2003年12月5日，江陵換流站極I換流變Y/Y A相分接頭出現卡死故障：只能上升，不能下降。在運行人員工作站上上顯示該換流變的分接頭位置為24，而另外5臺均為18，并且不能采用手動模式對故障換流變分接頭進行調節。

故障原因分析：

1）可能原因一：控制軟件出現故障，分接頭降檔指令不能發出。

當手動模式降低分接頭檔位，在二次軟件中觀察到分接頭下降指令確實已經發出，但是分接頭卻沒有正確動作，因此該原因被否定，繼續分析排查。

2）可能原因二：分接頭操作機構故障

或是電機控制回路故障造成分接頭檔位不能下降。

因故障現象為分接頭只能升檔，不能降檔；所以，查看電機驅動機構的回路圖中控制分接頭下降的回路部分，如下圖所示。

圖2換流變分接頭電機驅動機構回路圖

圖2中上圖為控制換流變分接頭降檔的回路部分，下圖為降檔回路的放大圖。

在圖2中分接頭降檔勵磁回路串進的接點有：21（71-72），6（5-6），8.1（1-2），11（21-22），3.1（61-62）。其中各部分元件的具體名稱如下：

3.1：接觸器（負責分接頭升檔）

4：接觸器（負責分接頭降檔）

6：凸輪開關

8.1：凸輪開關（限位開關）

11：連鎖開關（當手搖曲柄插入時接點打開）

21：接觸器（分步操作）

4號接觸器是控制分接頭降檔的接觸器，只要它勵磁，分接頭驅動電機就會帶動分接頭執行降檔的操作。當從遠方或就地發出分接頭降檔的命令時，正電通過21的常閉接點（71-72），在滿足下列條件后，4號接觸器才能勵磁，啟動電機帶動分接頭降檔：

分接頭沒有正在上升；

檔位沒有下降到最低位置（1檔）；

手搖曲柄沒有插入；

3.1號接觸器沒有勵磁。

對上述條件進行分析，只有兩個條件最有可能出現問題，一個是6號凸輪開關的（5-6）接點，另一個是3.1接觸器的（61-62）接點。因此更換了6號凸輪開關，但是問題依然存在，后來檢查發現在3.1接觸器沒有勵磁的情況下，（61-62）常閉接點仍斷開，于是更換了3.1接觸器，故障排除。

4、結論

換流變分接頭檔位不同步故障基本是因二次回路故障引起。因此，建議運維單位在年度大修時對換流變分接頭相關的各二次回路進行詳細檢查測試，以防止在直流系統正常運行時發生換流變分接頭檔位不同步故障。

參考文獻

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[4] 姚海明；馬宏忠；姜寧；王春寧；數字信號處理器在變壓器有載分接開關監測與診斷中的應用[J]；變壓器；2009年08期

作者簡介：

黃家銘（1981-），男，湖北宜昌人，副高級工程師，現工作于湖北省電力公司檢修公司特高壓交直流運檢中心，從事直流換流站檢修工作。