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

LI Xiao-di

摘要：文章介绍了换流变压器有载分接开关位置变送器的工作原理，并针对某换流站换流变压器档位变送器BCD码输出信号异常原因进行了分析，最终提出了解决措施和几点建议，旨在为分接开关的运维提供参考和借鉴。

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.

关键词：换流变壓器;分接开关;档位变送器;BCD码

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

中图分类号：TM403.4                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）32-0231-03

0  引言

换流变压器均装有有载分接开关（on-load tap-changer，OLTC），它是换流变压器重要的组部件，通过其可以实现直流电压较大幅度的分档调节。为补偿换流变压器交流网侧电压的变化以及触发角运行在适当的范围内，以保证运行的安全性和经济性，要求有载分接开关的调压范围较大，特别是可能采用直流降压模式时，要求的调压范围往往高达20%～30%;档距较小，通常为1%～2%，以达到分接调节和换流器触发角控制联合工作时无调节死区和避免频繁往返动作的目的，由此带来的调压频率也要高得多。一旦换流变压器档位变送器输出档位信号错误，直流控制保护系统无法采集到正确的档位值，此时，控制系统可能因为出现大幅变化从而使保护判据得到满足，动作出口闭锁直流或引起功率回降。

目前，国内换流变压器有载分接开关档位信号传输普遍采用BCD码上送分接头位置至后台。换流变压器分接开关的BCD码一般采用6位，前2位表示十位数，后4位表示个位数。如BCD码000001表示1，BCD码111001表示39。因此，若换流变分接头数量不超过39，则都可用6位BCD码表示。通常将BCD码表示的2位数定义为换流变档位，并在后台显示。当执行升档命令时，该BCD码表示的十进制数增大;当执行降档命令时，BCD码表示的十进制数减小[1]。

1  问题提出

在某直流换流站调试期间，曾发生过两起由于分接开关位置变送器故障导致分接头不一致的情况：

①2016年7月16日，极Ⅰ低端YD/C相换流变分接开关从11档调节到14档，其他相换流变压器档位为12档，后台报“分接开关档位不一致”，换流变分接头BCD码故障，信号瞬时清除。经排查由于位置传送模块中二极管导通特性不良导致三相换流变压器档位不一致，致使有载分接开关调档功能被闭锁。

②2016年8月12日，极Ⅰ高端换流变分接开关从13档调节到14档，极Ⅰ高端YY/A为10档，其它相换流变为14档。后台报“分接开关档位不一致”，换流变分接头BCD码故障。经排查由于二极管矩阵故障，导致分接头档位不一致。

2  问题分析

当分接开关动作时，与机构相连的两个圆盘电阻同时转动，类似于滑动变阻器，输出两个相同的电阻值，送至档位变送器，档位变送器的主要原理是将电阻值转换成57V的直流电压量，送至控制保护系统。

2.1 分接开关档位变送器的工作原理

换流变压器分接开关位置变送器安装在控制机构下方。为便于用户接线，位置传送模块安置在端子槽轨上位置传送器装置包括：位置传送器、位置传送模块BCD[2]。

某换流站换流变压器档位信号是通过有载分接开关凸轮开关转换为6位BCD码BIT1、BIT2、BIT4、BIT8、BIT10和BIT20而计算得出，换流变压器分接开关的BCD码一般采用6位，前2位表示十位数，后4位表示个位数，如表1所示。其中，BCD模块通过二极管导通为对应档位BCD码进行置位，导通时BCD码为1，对应电位为正电，关断时BCD码为0，对应的电位为负电[3]。

图3为位置传送模块BCD输出档位信号原理示意，+kM号端子为公共端，输入电压必为直流，电压范围DC：24～220V（不可超出此范围，此范围并不指输入直流电压的变化范围），电流不得大于0.5A，否则可能损坏二极管模块S61M。

2.2 位置传送模块导通特性不良

档位变送器矩阵模块因节点较多，每次分接头变化时均需变化，故可能会出现不能及时返回的现象或返回时间点不一致。一个触点卡涩或粘连，则可能导致S61M触电不能返回，从而导致档位不一致。

表2中，以2016年7月16日，“极Ⅰ低端YD/C相换流变压器分接开关档位值与对应BCD码异常变位”为例。

从表2中可见，在极Ⅰ低端YD/C相换流变压器有载分接开关档位由11档（BCD码110100）调至12档（BCD码001100）操作过程中，由于二极管导通特性不良，当BIT1由1变0、BIT3由0变1，BCD码BIT2位导通滞后一直为1，则造成有载分接开关异常突变为14档，与阀组内其他正常相档位将短时相差2档，造成阀组内有载分接开关三相不一致[4]。

2.3 位置传送模块二极管矩阵故障

位置传送模块也为分接头位置发射板，通过不同的位置指示换流变实际的分接头档位，S61M为二极管矩阵模块，将换流变分接头档位转换为6位BCD码，通过电缆连接将换流变A（B、C相）的BCD码传到对应的换流变接口屏，从而送至控制保护系统。如图3所示，极Ⅰ高端换流变分接开关从13档调节到14档，极Ⅰ高端YY/A为10档，BCD码输出为010000;其他相换流变为14档，BCD码输出为010100。

用万用表接于二极管模块 S61M 的外围接线拆除，用万用表的二极管测量档，用万用表红表笔接二极管模块 S61M 的“1”号端子，黑表笔分别接二极管模块的“2、3、4、5、6”端子（测开关每一档），测量发现（测量结果见表3）极Ⅰ高端YY/A位置传送BCD模块BIT4电阻为无穷大，由于判断分接开关实际档位已调整完毕，BCD模块二极管矩阵回路开路导致信号无法正常至控制保护系统，从而异常告警[5]。

3  解决措施

3.1 软件采样时间调整

针对位置传送器导通特性不良引起档位突变而导致有载分接开关调档功能闭锁的问题，现场更换换流变压器有载分接开关位置传送模块S61M后，但有载分接开关档位信号仍旧存在短时跳变过程。因此，考虑在直流控制保护系统中信号采样档位回路中增加一个延时模块（延时500ms），使短时间内程序中当前档位值能保存住，可躲过二极管导通特性不良导致相应BIT位不能及时转变的问题，从而得到BCD模块完全变位后有载分接开关目标档位值，从而避免由于BCD模块的固有特性导致分接头不一致[6]。

3.2 更换位置传送模块

测量发现极Ⅰ高端YY/A位置传送BCD模块BIT8电阻为无穷大，BCD模块输出信号为BCD码输出为010000，实际应为14档，BCD码输出为010100。

更換位置传送模块S61M后，后台档位信号显示14档，故障报文复归。

4  结语

综上所述，提出以下几点建议：

①在设计入网阶段，严格规定位置信号变送器的技术要求，为无源触点信号时，触点应无抖动，输出触点时间不得滞后于输入时间500ms以上;模拟量电压信号，数模转换，模拟量输出信号稳定，误差不大于5%。

②在换流站年度检修期间，将换流变压器位置传送模块的检查、验证作为专项检查内容，根据试验结果分析各台换流变分接开关的BCD码的运行情况。

③改进、加强换流变压器档位和档位至变送器的监测，监测是否有异常信号，主要是档位信号的跃变情况监视。

参考文献：

[1]谭志保.基于BCD码原理的主变档位显示异常的故障分析及处理[J].电气时代，2016（03）：70-72，76.

[2]侯谭松.换流变压器MR分接开关BCD码异常原因分析[J].科技创新导报，2018，15（27）：111-112.

[3]换流站换流变压器分接开关维护手册[M].德国：MR公司，2016.

[4]田庆辉.主变压器不具备调度自动化档位信号采集条件的解决方法[J].才智，2009（17）：178-179.

[5]杨先义.主变档位与监控系统、VQC的接口方式及比较[J].继电器，2003（07）：90-92.

[6]牛利涛，彭金宁，兀鹏越，何信林，汪成根.由一起同期事故谈同期系统引入主变档位的必要性[J].电气时代，2013（12）：82-84.

作者简介：李小娣（1989-），女，甘肃兰州人，助教，学士，研究方向为电气工程。