換流變分接開關檔位異常原因分析及處理

Analysis and Treatment of Abnormal Leakage Current in a Converter Transformer Core

LI Xiao-di

摘要：文章介紹了換流變壓器有載分接開關位置變送器的工作原理，并針對某換流站換流變壓器檔位變送器BCD碼輸出信號異常原因進行了分析，最終提出了解決措施和幾點建議，旨在為分接開關的運維提供參考和借鑒。

Abstract： This paper introduces the working principle of on-load tap changer for converter transformer and the working principle of tap changer gear transmitter， analyzes the reasons for abnormal BCD code output signal of tap changer， and finally puts forward some suggestions for eliminating BCD code fault， providing reference for the operation and maintenance of tap changer.

關鍵詞：換流變壓器;分接開關;檔位變送器;BCD碼

Key words： converter transformer;tap switch;gear position transmitter;BCD

中圖分類號：TM403.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）32-0231-03

0? 引言

換流變壓器均裝有有載分接開關（on-load tap-changer，OLTC），它是換流變壓器重要的組部件，通過其可以實現直流電壓較大幅度的分檔調節。為補償換流變壓器交流網側電壓的變化以及觸發角運行在適當的范圍內，以保證運行的安全性和經濟性，要求有載分接開關的調壓范圍較大，特別是可能采用直流降壓模式時，要求的調壓范圍往往高達20%～30%;檔距較小，通常為1%～2%，以達到分接調節和換流器觸發角控制聯合工作時無調節死區和避免頻繁往返動作的目的，由此帶來的調壓頻率也要高得多。一旦換流變壓器檔位變送器輸出檔位信號錯誤，直流控制保護系統無法采集到正確的檔位值，此時，控制系統可能因為出現大幅變化從而使保護判據得到滿足，動作出口閉鎖直流或引起功率回降。

目前，國內換流變壓器有載分接開關檔位信號傳輸普遍采用BCD碼上送分接頭位置至后臺。換流變壓器分接開關的BCD碼一般采用6位，前2位表示十位數，后4位表示個位數。如BCD碼000001表示1，BCD碼111001表示39。因此，若換流變分接頭數量不超過39，則都可用6位BCD碼表示。通常將BCD碼表示的2位數定義為換流變檔位，并在后臺顯示。當執行升檔命令時，該BCD碼表示的十進制數增大;當執行降檔命令時，BCD碼表示的十進制數減小[1]。

1? 問題提出

在某直流換流站調試期間，曾發生過兩起由于分接開關位置變送器故障導致分接頭不一致的情況：

①2016年7月16日，極Ⅰ低端YD/C相換流變分接開關從11檔調節到14檔，其他相換流變壓器檔位為12檔，后臺報“分接開關檔位不一致”，換流變分接頭BCD碼故障，信號瞬時清除。經排查由于位置傳送模塊中二極管導通特性不良導致三相換流變壓器檔位不一致，致使有載分接開關調檔功能被閉鎖。

②2016年8月12日，極Ⅰ高端換流變分接開關從13檔調節到14檔，極Ⅰ高端YY/A為10檔，其它相換流變為14檔。后臺報“分接開關檔位不一致”，換流變分接頭BCD碼故障。經排查由于二極管矩陣故障，導致分接頭檔位不一致。

2? 問題分析

當分接開關動作時，與機構相連的兩個圓盤電阻同時轉動，類似于滑動變阻器，輸出兩個相同的電阻值，送至檔位變送器，檔位變送器的主要原理是將電阻值轉換成57V的直流電壓量，送至控制保護系統。

2.1 分接開關檔位變送器的工作原理

換流變壓器分接開關位置變送器安裝在控制機構下方。為便于用戶接線，位置傳送模塊安置在端子槽軌上位置傳送器裝置包括：位置傳送器、位置傳送模塊BCD[2]。

某換流站換流變壓器檔位信號是通過有載分接開關凸輪開關轉換為6位BCD碼BIT1、BIT2、BIT4、BIT8、BIT10和BIT20而計算得出，換流變壓器分接開關的BCD碼一般采用6位，前2位表示十位數，后4位表示個位數，如表1所示。其中，BCD模塊通過二極管導通為對應檔位BCD碼進行置位，導通時BCD碼為1，對應電位為正電，關斷時BCD碼為0，對應的電位為負電[3]。

圖3為位置傳送模塊BCD輸出檔位信號原理示意，+kM號端子為公共端，輸入電壓必為直流，電壓范圍DC：24～220V（不可超出此范圍，此范圍并不指輸入直流電壓的變化范圍），電流不得大于0.5A，否則可能損壞二極管模塊S61M。

2.2 位置傳送模塊導通特性不良

檔位變送器矩陣模塊因節點較多，每次分接頭變化時均需變化，故可能會出現不能及時返回的現象或返回時間點不一致。一個觸點卡澀或粘連，則可能導致S61M觸電不能返回，從而導致檔位不一致。

表2中，以2016年7月16日，“極Ⅰ低端YD/C相換流變壓器分接開關檔位值與對應BCD碼異常變位”為例。

從表2中可見，在極Ⅰ低端YD/C相換流變壓器有載分接開關檔位由11檔（BCD碼110100）調至12檔（BCD碼001100）操作過程中，由于二極管導通特性不良，當BIT1由1變0、BIT3由0變1，BCD碼BIT2位導通滯后一直為1，則造成有載分接開關異常突變為14檔，與閥組內其他正常相檔位將短時相差2檔，造成閥組內有載分接開關三相不一致[4]。

2.3 位置傳送模塊二極管矩陣故障

位置傳送模塊也為分接頭位置發射板，通過不同的位置指示換流變實際的分接頭檔位，S61M為二極管矩陣模塊，將換流變分接頭檔位轉換為6位BCD碼，通過電纜連接將換流變A（B、C相）的BCD碼傳到對應的換流變接口屏，從而送至控制保護系統。如圖3所示，極Ⅰ高端換流變分接開關從13檔調節到14檔，極Ⅰ高端YY/A為10檔，BCD碼輸出為010000;其他相換流變為14檔，BCD碼輸出為010100。

用萬用表接于二極管模塊 S61M 的外圍接線拆除，用萬用表的二極管測量檔，用萬用表紅表筆接二極管模塊 S61M 的“1”號端子，黑表筆分別接二極管模塊的“2、3、4、5、6”端子（測開關每一檔），測量發現（測量結果見表3）極Ⅰ高端YY/A位置傳送BCD模塊BIT4電阻為無窮大，由于判斷分接開關實際檔位已調整完畢，BCD模塊二極管矩陣回路開路導致信號無法正常至控制保護系統，從而異常告警[5]。

3? 解決措施

3.1 軟件采樣時間調整

針對位置傳送器導通特性不良引起檔位突變而導致有載分接開關調檔功能閉鎖的問題，現場更換換流變壓器有載分接開關位置傳送模塊S61M后，但有載分接開關檔位信號仍舊存在短時跳變過程。因此，考慮在直流控制保護系統中信號采樣檔位回路中增加一個延時模塊（延時500ms），使短時間內程序中當前檔位值能保存住，可躲過二極管導通特性不良導致相應BIT位不能及時轉變的問題，從而得到BCD模塊完全變位后有載分接開關目標檔位值，從而避免由于BCD模塊的固有特性導致分接頭不一致[6]。

3.2 更換位置傳送模塊

測量發現極Ⅰ高端YY/A位置傳送BCD模塊BIT8電阻為無窮大，BCD模塊輸出信號為BCD碼輸出為010000，實際應為14檔，BCD碼輸出為010100。

更換位置傳送模塊S61M后，后臺檔位信號顯示14檔，故障報文復歸。

4? 結語

綜上所述，提出以下幾點建議：

①在設計入網階段，嚴格規定位置信號變送器的技術要求，為無源觸點信號時，觸點應無抖動，輸出觸點時間不得滯后于輸入時間500ms以上;模擬量電壓信號，數模轉換，模擬量輸出信號穩定，誤差不大于5%。

②在換流站年度檢修期間，將換流變壓器位置傳送模塊的檢查、驗證作為專項檢查內容，根據試驗結果分析各臺換流變分接開關的BCD碼的運行情況。

③改進、加強換流變壓器檔位和檔位至變送器的監測，監測是否有異常信號，主要是檔位信號的躍變情況監視。

參考文獻：

[1]譚志保.基于BCD碼原理的主變檔位顯示異常的故障分析及處理[J].電氣時代，2016（03）：70-72，76.

[2]侯譚松.換流變壓器MR分接開關BCD碼異常原因分析[J].科技創新導報，2018，15（27）：111-112.

[3]換流站換流變壓器分接開關維護手冊[M].德國：MR公司，2016.

[4]田慶輝.主變壓器不具備調度自動化檔位信號采集條件的解決方法[J].才智，2009（17）：178-179.

[5]楊先義.主變檔位與監控系統、VQC的接口方式及比較[J].繼電器，2003（07）：90-92.

[6]牛利濤，彭金寧，兀鵬越，何信林，汪成根.由一起同期事故談同期系統引入主變檔位的必要性[J].電氣時代，2013（12）：82-84.

作者簡介：李小娣（1989-），女，甘肅蘭州人，助教，學士，研究方向為電氣工程。