天廣直流換流變冷卻系統電源自動切換回路研究

李星辰，廖 毅

（中國南方電網 超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州 510000）

0 引 言

高壓直流輸電相對交流輸電具有距離遠、容量大、線耗少、穩定可靠等優點。換流變能夠實現直流的相互電氣隔離，能夠協同換流閥和換流變壓器共同做功，實現對送端交流電力系統的電功率輸送。因此，換流變具有較高的市場占有率。但是，它長期處于室外高溫環境，發熱嚴重[1-2]。當前，常用的冷卻方式是強迫導向油循環風冷，主要是冷卻器以及其他設備構成的系統共同發揮作用。一旦冷卻器出現故障，將會直接影響換流變的運營，影響電網安全[3-4]。

1 換流變冷卻器控制系統介紹

天廣直流換流變冷卻器有四組，每組冷卻器由1臺油泵和3臺風扇組成。每組冷卻器按照等級進行劃分。冷卻控制時，這些冷卻器等級可以手動切換，從而使冷卻器能夠循環備用，更好地滿足換流變冷卻的需求。

2 電源自動切換回路原理及存在的問題

換流變壓器有兩路電源，共同保證冷卻器的安全穩定運行。將主電源設為第一電源，主要負責日常冷卻器的運行；第二電源為備用電源。只有在第一電源無法實現正常供電時，才會通過電網的智能系統向主控室內發出故障信號，從而自動延時切換到第二電源。一旦第一電源恢復正常，電網的系統將會第一時刻切換至第一電源。

2.1 原理介紹

如圖1所示，廣州換流站換流變冷卻系統電源自動切換回路的主要設備包括空氣開關、電源電壓監視繼電器以及電源開關的輔助觸點。F1～F4是空氣開關，K7、K8分別是第一路和第二路電源電壓監視繼電器，Q1、Q2分別為第一路、第二路電源開關的輔助觸點。

圖1 廣州換流站換流變冷卻系統電源自動切換回路

正常狀態下，要求接通第一路電源回路。根據圖1可知，需要將所有的電源開關以及開關的輔助觸點設置為關閉狀態。在第一路電源回路中，主要的勵磁助力在于K7、K8兩個繼電器。K10作為延時繼電器，一般不做主要的繼電器，而發揮連接作用的輔助觸點是14。在未接通電源時，輔助觸點11接通道12，而K7、K8尚未正常工作。接通第一路電源回路時，電流由K7、K8正常勵磁，輔助觸點接通到14。當出現第一路電源回路故障時，屬于第二路電源回路的繼電器主力K9會成為主要的繼電器勵磁，此時區別開第一、第二路電源回路的輔助觸點21、22會主動斷開，接通31、32輔助觸點，K9失磁，電源供應由第二路斷開轉接為第一路電源回路。

反之，當第一路電源正常運行時，該系統返回到第一路電源回路的運行機構，切斷第二路電源回路。

2.2 存在的問題

廣州換流站換流變冷卻系統電源自動切換回路中，兩路電源是簡單的一主一備關系，始終是電源1為主電源回路，電源2為輔助電源回路。但實際運行中，電源1的狀態可能比電源2的狀態差，電源2做為主電源回路運行比較合適。因此，需要有一個改進，即可以將電源1和電源2隨意切換成主電源回路，從而可以根據兩路電源的狀態選擇主電源回路。

3 電源切換回路改進措施一

3.1 基本原理

如圖2所示，兩路電源為主備關系，且能夠實現冷卻系統第一路電源和第二路電源的主動切換，使其都成為主電源，具有更高的可操作性。

圖2 中，S1為主電源選擇開關，當選定第一路電源回路作為主電路時，其相鄰的1、2、5、6輔助觸點和K5繼電器共同作用，自動斷開第二路電源回路。

當第一路電源故障時，回路內的繼電器失磁，而延時繼電器K10勵磁，第二路電源回路的主要繼電器K6勵磁，換流變冷卻系統切換至第二路電源回路。此時，S1開關在2，第二路電源回路為主要的電源回路為冷卻系統供電[5]。

反之，當第二路電源故障時，電源回路所在的繼電器和輔助觸點都會斷開連接，換流變冷卻系統自動切換回第一路電源回路。

3.2 存在的問題

考慮到該系統中存在兩份設備，用以實現第一路電源回路和第二路電源回路的正常運作。因此，存在的主要問題在于，要實現兩份設備以及電源回路的切換操作，涉及到的輔助觸點合繼電器數量較多。對第一路電源回路而言，電源通過輔助觸點時，輔助觸點受熱容易出現三相黏連現象，此時換流變壓器冷卻系統就會主動跳過第一路電源回路的空氣開關切換到第二路電源回路。同樣，第二路電源的正常電壓在連接輔助觸點后能夠被K7繼電器感知，使其誤認為第一路電源電壓恢復正常，使K5繼電器勵磁，而延時繼電器K10會讓位與K5繼電器勵磁，從而使得換流變冷卻系統電源將切回至第一路電源運行。這一步驟的自動轉換操作不科學，此時第一路電源已無電壓，轉換完的回路在感知到第一路電源回路故障后又會再次將換流變冷卻系統將切至第二路電源運行。如此重復電源切換，使其由于感知的失誤而不斷跳動，致使電源的供給出現延時。因此，在實現對換流變冷卻系統電源自動切換回路的研究中需要進一步改進[6]。

4 電源切換回路改進措施二

如圖3所示，改進措施二是在改進措施一的基礎上的改進，考慮了K1（K2）繼電器常開輔助觸點三相粘連的情況。

圖3 廣州換流站換流變冷卻系統電源自動切換回路改進二

為避免上述情況的發生，改進措施二中換流變壓器冷卻系統電源自動切換回路加裝了K3、K4繼電器，以實現對第一路電源回路和第二路電源回路的交叉區別，即在發生K1繼電器三相輔助觸點出現粘連情況時，K5繼電器勵磁并不能使K10繼電器失磁，以此實現兩路電源回路的無縫切換。

5 結 論

隨著高壓直流輸電系統的快速發展，社會對高壓直流輸電的依賴性越來越高，其運行的穩定性對社會生產生活的影響越來越大。換流變冷卻系統是保證高壓直流輸電系統安全穩定運行的重要部分，通過對自動切換回路系統的更新改進，使得換流變冷卻系統能夠更加準確地選擇狀態較好的電源回路，而且可以防止出現因K1（K2）繼電器常開輔助觸點三相粘連而導致的兩路電源來回切換得不到有效電源供給的情況。