周海滨， 梁晨， 黄泽杰， 冯家伟

(1.南方电网超高压输电公司检修试验中心，广东 广州 510663; 2.华南理工大学 电力学院，广东 广州 510640)

换流变压器有载分接开关控制系统分析和改进研究

周海滨1， 梁晨1， 黄泽杰2， 冯家伟2

(1.南方电网超高压输电公司检修试验中心，广东 广州 510663; 2.华南理工大学 电力学院，广东 广州 510640)

换流变较普通交流变压器有载分接开关操作频率高，随着调压次数的增多，操作不良和故障率也相应增加。结合典型的换流变有载分接开关档位不一致故障，分析有载分接开关档位不一致的主要原因为继电器剩磁，并提出增大继电器恢复时间、对继电器进行去磁处理的改进建议，运行经验表明提出的措施可有效减少有载分接开关滑档出现的概率，提高可靠性。

有载分接开关；档位不一致；滑档；继电器；剩磁

0 引 言

有载分接开关是换流变压器完成调压的核心部件，对保证电力系统电压稳定性起到重要的作用[1-3]。换流变压器较普通交流变压器一个显著区别就是其有载分接开关操作频率高，随着调压次数的增多，其操作不良和故障率也相应增加。

南方电网某型号换流变压器有载分接开关近期发生4起档位不一致故障，造成换流变压器非计划停运。有载分接开关频繁发生档位不一致故障，对高压直流系统的安全稳定运行带来风险，因此亟需开展该方面的研究。本文结合一起典型的有载分接开关档位不一致故障，分析档位不一致的原因，提出有针对性的改造建议。

1 故障情况

2015年6月至2016年2月，南方电网两个换流站3台换流变压器相继发生4起有载分接开关档位不一致故障(其中1台换流变压器连续发生两次)，经检查均为二次回路故障所致。下面以一起典型的有载分接开关档位不一致故障为例，介绍该型有载分接开关的故障情况。

2016年02月16日，某换流站在极2换流变由4档调5档的过程中，监控系统报“S2P2PCP1 Y/Y换流变A相有载调压开关未完成切换 出现”、“S2P2PCP1 YY换流变A相电机保护开关Q1脱扣出现”，工作站及现场显示极2 Y/Y换流变A相有载调压开关档位为8档，其他五台换流变有载调压开关档位为5档。详细SER报文如表1所示。

表1 分接开关操作时SER报文

现场检查发现极2 Y/Y A相换流变有载调压开关就地控制箱内电机开关Q1跳开，运行保护时间继电器K601和档位未完成时间继电器K602告警灯亮；复位后试合Q1成功后工作站手动调整极2 Y/Y换流变A相分接头至5档。分接开关端子箱如图1所示。

图1 电机及行程开关实物图

2 故障分析

经分析，档位不一致故障均发生在有载分接开关的控制机构箱及控制回路中，与有载分接开关本体无关。下面根据该型号有载分接开关电动机构二次回路图，从电动机构控制原理、升档原理和保护原理三个层次分析档位不一致的原因。

2.1 电动机构控制过程分析

该有载分接开关控制回路如图2所示。图中，K2、K3继电器分别为升、降档继电器。以现场电动操作为例，使用升降挡开关S2进行升档(远方操作电路逻辑相同)，接通图中黑色粗线所示的回路。K2继电器吸合后电机开始正向旋转，同时K2端子吸合，形成自保持回路(如图中灰色粗线所示)，不再需要手动供电。

图2 电动机构控制回路图(行程第一格)

图2中的S5、S6、S8、S9、S11、S12、S14、S15均为机械行程开关，根据机构动作的位置决定断开或闭合。把电机旋转操作1档的整个过程分为25格，图3表示每运动一格各行程开关的位置关系，黑色表示闭合，白色表示断开。

图3 行程开关端子分合顺序图

在升档操作进行到最后一格时，行程开关S12的3-4节点闭合，图4中黑色粗线所示回路供电，同时S11的1-2节点断开。

图4 电动机构控制回路图(行程最后一格)

档位调节到位时，S12断开，K2继电器失电，K2的33-34端子恢复断开位置。最后S11的1-2端子恢复闭合位置，但K2端子已经断开，自保持回路不通，调档完成。

2.2 档位不一致原因分析

此次有载分接开关档位不一致故障表现为滑档。

如图4所示，在升档操作的最后一格时，如果K2断电后由于剩磁延时释放K2的33-34端子，将导致S11的1-2端子恢复闭合后，K2的33-34端子还未断开，K2继续带电直接进行下一个档位操作，出现滑档。

若行程开关S12失去弹性或卡涩，在升档操作的最后一格时S12的3-4端子没能恢复断开状态，将导致保持回路继续导通，K2断电失败，直接进行下一个档位操作，出现滑档。

2.3 电动机构保护与滑档控制分析

该型号有载分接开关在发生滑档时，滑档档位均未超过3档，其原因为该型号有载分接开关的电动机构采用延时继电器回路作为滑档保护，如图5所示。

图5中，K6为时间继电器，升降档继电器带电的同时会使K6带电，K6的延时常开接点会在一定时间后闭合使继电器Q1带电跳开电机电源。

该有载分接开关使用的是正反调方式的选择器，一档的调节时间大约为4.5 s，在中间档位时需要将调压线圈进行正反连接变换，所以调节中间档位的时间为3档连调时间(大约需要13.5 s)，K6保护的整定值需要超过连续3档的调档时间来避开中间档位的调档时间，取为15 s。

因此，当控制回路元器件出现异常使有载分接开关出现滑档时，最多连续滑3档后保护跳开电动机构电机电源，即滑档故障不会超过3档。

图5 电动机构保护回路图

2.4 故障现场及处理

在本次故障中，有载调压开关就地控制箱内电机开关Q1跳开，运行保护时间继电器K601和档位未完成时间继电器K602告警灯亮，说明分接开关发生滑档且内部防止滑档的电气保护动作[4]。

后续进行停电处理，对该分接开关进行1天半的反复测试，操作近2 000次未重现该故障。结合前文分析，认为本次有载分接开关滑档原因为分接开关二次回路元器件瞬时性故障(升档继电器K2断电后剩磁延时释放)或行程开关S12卡涩。

3 改进措施研究

该型号有载分接开关在升降档位操作过程中，由于继电器剩磁延时释放、行程开关失去弹性或卡涩等元件异常会使控制回路继续带电导通，直观表现为滑档。据统计，继电器剩磁延时释放是导致有载分接开关滑档的最主要原因[5]，下面结合有载分接开关控制回路图提出防止由于继电器剩磁延时释放导致分接开关滑档的措施。

3.1 增大继电器恢复时间

图6所示的行程开关端子分合顺序图中，阴影区域间隔A-B/C-D为S12(3-4)断开到S11(1-2)闭合的间隔，即为可供继电器K2/K3复位的时间。为了使继电器在断电后可靠归位，可以通过以下两种方式增大这段时间间隔：

1)修改行程开关逻辑。如图6所示，将S11(1-2)开启时刻从B/D延时到E/F，保证继电器可靠释放。

2)加入行程开关Sx。将Sx与K2端子串联，如图7所示。Sx在S12(3-4)断开时同步断开，在S11(1-2)闭合之后，仍保持K2所在支路处于断开状态，直到E处才开始闭合。针对降档回路的K3继电器可以采取同样的方法。

图6 行程开关端子分合顺序图

图7 电动机构控制回路图(优化后)

3.2 继电器去磁处理

如图8所示，将K2、K3等电磁继电器改造为无剩磁继电器，实现的思路有两种：

1)多装一只接触器与时间继电器，在原有继电器断电后(可用电子电路检测)，立刻让第二只接触器打开，将原有继电器正负反接0.05 s左右，使继电器上产生反向磁场，消去剩磁。

2)在原有的继电器上反向缠绕线圈。在继电器断电后(可用电子电路检测)，通过时间继电器的控制，立即接通反向线圈0.05 s，通过短时间的反向磁场消去剩磁。在这种方法中，反向线圈与原有的继电器仅存在磁路连接，可以避免消剩磁电路与控制回路的电气连接，保证控制回路的可靠性。

图8 继电器实物图

4 结束语

本文对一种换流变有载分接开关在升降档位操作过程中出现滑档的原因进行分析，并根据行程开关分合顺序图，提出了增大恢复时间、继电器进行去磁处理等避免由于剩磁而导致有载分接开关滑档的改进措施。运行经验表明，本文提出的改进措施能够有效减少滑档出现的概率，提高有载分接开关运行可靠性。

[1] 张德明. 变压器有载分接开关[M]. 沈阳：辽宁科学技术出版社，1998.

[2] 陈敢峰，姚集新. 变压器分解开关实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

[3] 张德明. 变压器真空有载分接开关[M].北京：中国电力出版社，2015.

[4] 张德明. 变压器分接开关状态监测与故障诊断[M].北京：中国电力出版社，2008.

[5] 姚志松，姚磊. 有载分接开关实用手册[M].北京：中国电力出版社，2003.

Analysis and Improvement of the Converter Transformer OLTC Control System

Zhou Haibin1, Liang Chen1, Huang Zejie2, Feng Jiawei2

(1.Inspection & Test Center, CSG EHV Power Transmission Co., Guangzhou Guangdong 510663, China;2.School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510640, China)

Compared with ordinary AC transformer, the converter transformer has a higher operation frequency of the on-load tap changer (OLTC). As voltage regulation is made more frequently, poor operation and fault rate will increase. Under consideration of the typical fault of gear-position inconsistency of OLTC, this paper points out that residual magnetism of the relay is the main cause of such inconsistency of this model, and makes an improvement suggestion for extension of the recovery time of the relay and demagnetization of the relay. Operational experience shows that the proposed suggestion can reduce the probability of running-through fault of OLTC and improve its reliability.

OLTC (on-load tap changer); gear-position inconsistency; running-through fault; relay; residual magnetism

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.04.028

TM411+.1

A

1000-3886(2017)04-0095-03

定稿日期: 2017-02-15

周海滨(1981-)，男，河南洛阳人，硕士，高级工程师，从事(特)高压交直流电气设备的检修试验和技术研究工作。