雷战斐，宋海龙

（国网宁夏电力公司检修公司，宁夏银川750011）

高电压技术

换流变压器有载分接开关闭锁调档功能优化

雷战斐，宋海龙

（国网宁夏电力公司检修公司，宁夏银川750011）

针对±800 kV特高压灵州换流站换流变压器有载分接开关闭锁调档功能存在的问题，通过对过电流闭锁、-25℃低油温闭锁以及BCD模块导通特性不一致闭锁的有载分接开关调档风险进行具体分析，提出了灵州换流站换流变压器有载分接开关闭锁调档功能的优化方案。应用结果表明：有载分接开关调档功能优化后有效提高了直流系统的运行可靠性，可为后续直流输电工程换流变压器有载分接开关的运行、维护、设计提供参考。

换流变压器；有载分接开关；过电流闭锁；油温-25℃闭锁；BCD模块

在特高压直流输电系统中，换流变压器处于交、直流系统相互连接的关键位置，主要承担交、直流变换、交、直流系统电气隔离和抑制直流故障电流等重要作用［1］，是直流输电系统的核心设备，其可靠运行对直流输电系统有着重要意义［2］。常规交流变压器有载分接开关主要用于调整负荷侧电压以提升供电质量，其调压范围相对较窄，分接头动作不频繁［3］。与之相比，换流变压器需要通过有载分接开关长期实现阀侧直流电压恒定不变、网侧交流电压波动补偿、直流系统降压运行以及直流功率调整等操作功能［4］，其分接头动作极为频繁。因此，为了维持直流换相电压［5］，换流变压器需要及时进行有载分接开关调压，一旦发生过电流、低温-25℃以及BCD模块导通特性不一致等因素导致有载分接开关调档功能闭锁，将严重影响直流系统运行的安全性和经济性［6］。

1 闭锁调档功能及问题分析

1.1 现状分析

灵州换流站换流变压器有载分接开关闭锁调档功能，主要包括：网侧过电流闭锁调档、油温低于-25℃闭锁调档和BCD模块导通特性不一致闭锁调档共3种类型。其闭锁调档功能现状简要分析如下。

1.1.1 过电流闭锁调档

灵州换流站换流变压器有载分接开关具备网侧过电流闭锁调档功能，其过负荷闭锁接点X1∶29和X1∶30接于有载分接开关本体控制电源回路，如图1所示。

图1 网侧过电流闭锁有载分接开关调档原理

从图1可以看出，换流变压器网侧绕组套管电流互感器XT1（变比为1 000/2）将采样值接入电流继电器KC，当套管电流达到过电流闭锁定值时，电流继电器KC将励磁，常闭接点X1：29和X1：30断开，从而断开有载分接开关控制回路，即实现有载分接开关闭锁调档功能。

为了维持阀侧电压在一定范围内，需要经常对换流变压器有载分接开关进行调压，引起分接头频繁动作［7］。一旦电流继电器KC发生故障或者换流变压器由于冲击振动引起继电器接点卡涩和异常变位都将导致有载分接开关调档功能误闭锁，使分接开关调档失败，严重影响直流功率输送的安全可靠性。

1.1.2 油温低于-25℃闭锁调档

灵州换流站换流变压器采用真空型有载分接开关，具有绝缘强度高、熄弧时间短等优点［8］。有载分接开关油室内配置有温度传感器PT100，其主要功能是利用导体自身电阻随温度变化而变化的特性来测量有载分接开关油温［9］，如图2所示。

图2 油温低于-25℃闭锁调档功能原理

从图2可知，温度传感器PT100通过测量电阻值，利用电阻/温度对应关系来推算油室温度，再将温度值传送至温度控制器B7，该温度控制器不仅能显示有载分接开关油温，而且能够实现有载分接开关闭锁功能［10］。

正常情况下，当有载分接开关油温处于-25℃至+125℃时，温度控制器接点B7：15和B7：18、B7：25和B7：26均闭合，有载分接开关控制回路正常导通；当油温低于-25℃时，温度控制器接点B7：15和B7：18断开，切断有载分接开关控制回路；当油温高于+125℃时，温度控制器接点B7：25和B7：26断开，同样切断有载分接开关控制回路，从而实现分接开关闭锁调档功能。

灵州换流站换流变压器采用网侧调压，有载分接开关档位有29档，其中26档为额定档。环境气象数据表明灵州换流站历史极端最低气温为-29.6℃［11］，而有载分接开关低温闭锁定值为-25℃。

1.1.3 BCD模块导通特性不一致闭锁调档

灵州换流站换流变压器档位信号是通过有载分接开关凸轮盘转换为6位BCD码BIT1、BIT2、BIT4、BIT8、BIT10和BIT20而计算得出，如图3所示。其中，BCD档位输出模块通过二极管导通，分别输出每个档位BCD码，导通时BCD码输出为1，关断时BCD码输出为0［12］。

图3 BCD码档位输出原理

在灵绍直流工程调试期间，灵州换流站由于二极管导通特性不一致发生分接开关档位突变，致使有载分接开关调档失败。如表1所示，以“极Ⅰ低端YD/A相换流变压器分接开关档位BCD码异常变位”为例。

表1分接开关档位BCD码异常变位

从表1中可见，在极Ⅰ低端YD/A相换流变压器有载分接开关档位由6档（BCD码为二进制000110）调至5档（BCD码为二进制000101）操作过程中，BIT1和BIT2二级管均需变位。由于二极管导通特性不一致，如果BCD码BIT1二级管优先导通而BIT2导通滞后，则造成有载分接开关异常突变为7档（BCD码为二进制000111），与阀组内其他正常相档位将短时相差2档；同样，如果BCD码BIT2二级管优先导通而BIT1导通滞后，则造成有载分接开关异常突变为4档（BCD码为二进制000100），与阀组内其他正常相档位将短时相差1档，从而导致阀组内有载分接开关出现三相不一致故障，造成有载分接开关调档功能误闭锁。

1.2 存在的问题

从现状分析可知，灵州换流站换流变压器有载分接开关闭锁调档功能主要存在以下问题：

（1）一旦电流继电器KC发生故障或者换流变压器由于冲击振动引起继电器接点卡涩和异常变位，都将导致有载分接开关调档功能误闭锁。

（2）当换流变压器冬季停运检修后，对换流变压器再次充电时，如果有载分接开关油温不能快速升至-25℃以上，则有载分接开关控制回路将被断开而导致换流变压器充电失败；如果油温传感器PT100受到扰动或者发生故障时，有载分接开关自动、远方/手动调整命令都将被闭锁而导致本阀组内有载分接开关失步，失步信号将会进一步闭锁有载分接开关调档功能。

（3）由于二极管导通特性不一致，造成有载分接开关异常变位，与阀组内其他正常相档位将短时相差1至2档，导致阀组内有载分接开关出现三相不一致而引起调档功能误闭锁。

2 闭锁调档功能优化

针对“灵州换流站换流变压器有载分接开关闭锁调档功能”存在的问题，本文提出以下几种优化措施。

2.1 取消过电流闭锁调档功能

针对电流继电器KC发生故障或者继电器接点卡涩而无法变位导致有载分接开关调档功能闭锁的问题，需现场对过电流闭锁调档功能进行优化，如图4所示。

图4 取消过电流闭锁调档功能

从图4可知，在有载分接开关机构箱中将过电流闭锁分接开关接点X1∶29和X1∶30短接，可以取消过电流闭锁有载分接开关调挡功能，从而保障电流继电器故障或者闭锁接点异常变位时均不会影响有载分接开关正常升/降档操作，提高直流系统运行的可靠性。

至于网侧过电流问题，可以通过换流变压器过负荷告警进行监视。由于有载分接开关过电流闭锁定值为1.2倍额定电流，即1 724 A［13］，而换流变压器网侧过负荷告警定值为1 353 A，当换流变压器出现过负荷时，网侧电流将优先满足过负荷告警定值，运行人员可以根据告警信息及时干预处理，进一步手动完成分接开关调档功能［14］。

2.2 修改-25℃闭锁调档定值

针对温度传感器PT100受到扰动或者发生故障而导致有载分接开关调档功能闭锁的问题，则需停电处理，更换工作状态更加稳定的温度传感器［15］。

针对分接开关实际油温极低或温度控制器B7接点异常变位导致调档功能闭锁的问题，现场可通过检查温度控制器有载分接开关油温显示值来判断油温是否达到闭锁值［16］。如果油温达到-25℃闭锁值，则需临时调整温度控制器闭锁定值，保证换流变压器能够正常充电。长期考虑，可将低温闭锁分接开关定值整定为-30℃，与灵州换流站历史极端最低气温-29.6℃相匹配，从而减少低温闭锁分接开关调档功能的概率。

从图5可知，如果没有达到高/低温闭锁定值，则判断为温度控制器B7接点发生异常变位，可将温度控制器闭锁接点B7∶15和B7∶18、B7∶25和B7∶26进行临时短接，从而保障有载分接开关升/降档操作回路导通，并及时更换温度控制器。

图5 油温低于-25℃闭锁调档处理

2.3 档位回路增加延时模块

针对二极管导通特性不一致，引起档位突变而闭锁有载分接开关调档功能的问题，现场将换流变压器有载分接开关BCD码档位输出模块进行更换，但档位信号仍旧存在短时跳变现象，并未彻底消除隐患［17］。

因此，考虑在直流控制系统档位回路中增加一个延时模块（延时500 ms），以躲过二极管导通特性不一致时间，可靠获取二极管完全变位后有载分接开关目标档位值，从而避免由于分接开关档位信息短时跳变而引起调档功能闭锁现象［18］。

3 效果评价

（1）取消过电流闭锁有载分接开关调档功能后，换流变压器再未出现由于电流继电器故障或接点异常变位导致分接开关闭锁调档的现象，具有较高的可操作性和运行可靠性。

（2）低温闭锁分接开关定值整定为-30℃后，不仅与灵州地区历史最低环境温度-29.6℃相匹配，而且避免了换流变压器冬季充电时出现低油温闭锁分接开关调档的可能性。

（3）直流控制系统档位回路增加500 ms延时模块后，躲过了二极管导通特性不一致时间，解决了由于分接开关档位跳变而导致调档失败的问题。

4 结论

（1）换流变压器分接开关调档功能优化后，具有较高的运行可靠性，有效地保障了直流系统的安全稳定运行。

（2）换流变压器分接开关调档功能采取改进措施后，减少了分接开关档位不一致事故发生的可能性，降低了运维人员的生产压力。

（3）换流变压器分接开关调档功能优化，充分考虑了工程运行工况和现场环境条件，具有一定的科学性和实用性［19］。

（4）换流变压器分接开关调档功能优化改进后，不仅完善了有载分接开关的控制逻辑，降低了换流变压器的设计成本，而且提高了有载分接开关的设计自由度［20］，为后续直流输电工程在换流变压器有载分接开关运行、维护、设计等方面提供了参考依据。

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Optimization of on-load tap changer shifting function locking for convertor transformer

LEI Zhanfei,SONG Hailong
(Maintenance Filiale of State Grid Ningxia Power Co.,Yinchuan Ningxia 750011,China)

Aiming at the problem of shifting function locking of on-load tap changer for convertor transformer in±800 kV UHV Lingzhou Convertor Substation,analyzes the locking risk of on-load tap changer such as the over-current blocking,-25℃low oil temperature blocking and the BCD module conduction characteristics disaccord blocking,puts forward the optimization scheme about on-load tap changer shifting function locking for convertor transformer in Lingzhou Convertor Substation.The application result shows that the after on-load tap changer shifting function locking optimization,improve effectively the reliability of DC system,It can provide references for operation,maintenance and design of on-load tap changer of convertor transformer in the later DC transmission projects.

convertor transformer;on-load tap changer;over-current blocking;-25℃oil temperature blocking;BCD module

TM564

B

1672-3643（2017）04-0034-04

有效访问地址：http∶//dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.04.007

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.04.007

2017-05-28

雷战斐（1991），男，助理工程师，从事高压直流输电系统运行检修工作。