真空有載分接開關的應用及可靠性提升措施分析

云南電網有限責任公司昆明供電局 胡鵬偉 李 豪 劉 洋 李 彤 許澤昊

換流變壓器基本可視為直流輸電系統中的重要組成部分，在運行過程中，需經內部真空有載分接開關的作用實現對直流系統電壓的分級調整與優化處理。究其原因，主要是因在換流變壓器內部真空有載分接開關的作用下，可減少換流變壓器側電壓變化對整個直流系統造成的不利影響。同時，在真空有載分接開關的作用下，觸發角可在適當范圍內實現安全運行過程，提高直流輸電系統的運行穩定性以及經濟效益。

近年來，為全面加強特高壓直流輸電工程的運行安全性，相關人員主張從基于真空有載分接開關的變流變壓器運行情況方面進行統籌規劃與合理分析。主要根據真空有載分接開關的結構特點以及運行原理，提出可靠性管理措施，以便更好地推動我國特高壓直流輸電工程的安全運行效果。

1 真空有載分接開關的結構組成及運行原理分析

1.1 結構組成分析

真空有載分接開關在結構組成方面，主要以切換開關、分接選擇器以及電動機構等部件組成。運行期間，真空有載分接開關中的切換開關與分接選擇器會發揮自身的運行特性支撐真空有載分接開關安全運行。與以往分接開關運行不同，真空有載分接開關在運行過程中可不需借助動靜觸頭以及過渡電阻實現切換控制過程，而是可以利用主換-觸頭、輔換-觸頭等方式進行切換控制[1]。與此同時，在檔位調整過程中，真空有載分接開關所產生的電弧問題不會受到絕緣油的作用影響而出現熄滅現象。而是可以受到主真空斷路器及輔真空斷路器的分合控制完成電弧熄滅過程（圖1）。

1.2 運行原理分析

正式運行過程中，真空有載分接開關主要可以主動結合真空斷路器運行優勢，達到良好的切換控制過程。如真空有載分接開關在運行過程中，可通過借助主真空斷路器及電阻真空斷路器的分合處理功能完成自主切換控制過程。舉例而言，真空有載分接開關處于正常工作狀態下，內部通入的電流會順著作用途徑流向中性點位置。

其中，負載完成轉換過程時，電流會按照一定流經方向分別進入到主觸頭以及主真空斷路器當中。合上主真空斷路器后，內部電流會分別通入結構中的中性點位置，需注意的是，不同中性點位置會受到電位差的影響而形成環流現象。當旁路觸頭與相關位置連接之后，工作人員可選擇斷開電阻真空斷路器，此時電流會周而復始完成運作過程并再次流經中性點位置[2]。

圖1 真空有載分接開關結構示意圖

2 真空有載分接開關故障事例分析

某特高壓換流站極I高端Y/DC相換流變檔位發生調整變化，現場作業人員將原來的18檔調節到19檔后，直流控制保護系統觸發動作保護功能，分別執行高端換流變大差保護、角差保護等動作。在運行過程中，因受到內部電流電壓的變化影響，換流變本體發出重瓦斯動作信號。此后極I高端換流器出現明顯閉鎖問題，換流變端受到上述影響退出運行。

針對上述事故問題現場工作人員及時做出反應，針對真空有載分接開關運行狀態問題進行研究與分析。在解體真空有載分接開關時，觀測到換流變箱壁及器身存在明顯的電弧燒蝕問題。為進一步加強對故障問題的研究，現場作業人員對真空有載分接開關進行了深度解體。解體發現內部開關體相對完整，但頂部法拉盤存在缺陷。另外從切換開關內部也觀察到了明顯燒損現象[3]。

雖然發現過渡電阻也存在燒損問題，但用萬用表進行測量后仍舊可以顯示阻值。此外，主換向觸頭與部分金屬連接片受到燒蝕影響熔接在一起，同時部分分接選擇器在頂部蓋板位置上也存在不同程度的變形及燒毀問題。根據上述種種現象表明，該換流變載分接開關檔位調整過程中，容易導致內部短路故障問題發生。

3 真空有載分接開關運行可靠性提升措施研究

結合上述案例不難得知，受短路故障問題影響，真空有載分接開關會出現較多的風險隱患問題。如不加以及時解決，內部存在的過流或放電燒蝕問題將會越來越嚴重，甚至會對特高壓直流輸電工程的整體運行效果造成嚴重威脅。為及時解決真空有載分接開關運行故障問題，相關人員應勇于承擔起自身的主體責任，堅持按照科學可靠的管理措施要求，對真空有載分接開關運行可靠性問題進行統籌規劃與合理部署，最好可從四方面進行落實：

一是工作人員應利用非電量優化保護措施，加強對特高壓換流站真空有載開關的控制管理力度。控制管理過程中，可從壓力釋放閥頭報警及跳閘安全性等方面進行綜合評價與分析。根據分析反饋結果提出針對性的安全可靠運行措施，大幅降低真空有載分接開關爆燃風險程度。同時可積極立足于特高壓換流站真空有載開關的運行現狀，結合運行現狀表現提出針對性措施，降低真空有載分接開關運行風險[4]。

二是工作人員應根據真空有載分接開關運行需求，對控制軟件邏輯運行水平進行合理控制。從客觀角度上看，真空有載分接開關檔位調整是否合理，往往會對特高壓直流輸電工程整體運行質量產生至關重要的影響。針對于此，建議工應主動結合直流輸電工程運行原則，對真空有載分接開關控制軟件邏輯運行問題進行合理優化，減少運行過程中不必要的動作，降低故障發生頻率。

三是工作人員應適當提升真空有載分接開關的消防應對能力。應結合以往真空有載分接開關的事故案例，對造成事故問題的具體成因進行研究與分析。結合大量事故案例經驗來看，換流變真空有載分接開關油室出現故障問題往往會引起大面積起火，另外換流變本體出現故障問題也會引起起火。為防止出現火災，建議可在真空有載分接開關上方位置增設干粉滅火器，加強對火災問題的預防能力。

四是工作人員可積極借鑒國內外先進經驗，適當改進新設備設計方案。舉例而言，對于真空有載分接開關的制造設計問題，可按照優化改造措施原則，利用濾油機通油管路接地系統提高分接開關運行效果[5]。

總之，為全方位提高特高壓直流輸電工程的運行安全性，建議相關人員應對真空有載分接開關的運行安全問題予以高度重視，最好可以在立足于真空有載分接開關運行結構及原理的前提條件下，對當前存在的運行不足問題進行總結與歸納，并根據不足問題的具體成因提出針對性地解決措施，以期可以從根本上深化真空有載分接開關的運行安全效果。