换流站换流变分接头控制回路故障分析

黄家铭++饶洪林++王喆

摘 要：本文主要介绍了500kV换流站的重要主设备换流变压器的有载调压开关，内容包括其调压原理，以及在多年的直流系统运维过程中，换流变压器有载调压开关出现过的典型故障及整改处理措施。

关键词：换流变 分接头 调压原理 故障

Analysis of Transformer Tap Changer Control Circuit Fault

Abstract：This article introduces transformer tap changer of converter station.The content includes the theory of voltage regulating，and the fault of transformer tap changer control circuit during the HVDC transmitting.

Key words： transformer；tap changer；the theory of voltage regulating；fault

1、引言

在高压直流输电系统中，换流变压器（以下简称“换流变”）是重要的设备之一，这是由于其处在交流电与直流电互相变换的核心位置以及在设备制造技术方面的复杂性和设备费用的昂贵等所决定的。另外，换流变的可靠性及可用性对于整个系统来说也是关键的。作为换流变的重要组成部件—有载调压开关（以下简称“分接头”），在确保直流输电的安全稳定方面，起着举足轻重的作用。

换流变分接头调节的意义：①当直流系统处于空载时，为保持换流变阀侧空载电压恒定，而调节换流变分接头。由于直流系统处于空载，换流变已充电，交流电网的电压波动引起的换流变阀侧空载电压变化，则调节换流变分接头档位保持换流变阀侧空载电压恒定。②直流系统正常运行时，直流负荷发生变化时，控制系统则一方面改变控制角（触发角或关断角）以调节直流功率，但另一方面又要保证控制角于一定范围之内。所以，当控制角超出范围时，则调节换流变分接头档位，再将控制角调回一定范围之内。

2、换流变分接头调压原理

图1 换流变分接头示意图

调节换流变分接头档位改变变比，是通过改变换流变网侧线圈的匝数（换流变阀侧线圈匝数固定不变）来实现的。

换流变分接头各主要部件：图中字母A为换流变网侧套管，字母B为换流变网侧中性线套管，在A、B套管之间并联安装了两个分接头，两个分接头档位调节完全一致，其目的是为了满足容量的需要，因为单组线圈并不能满足单极直流系统额定工作时的功率（一般为1500MW）。对其中一个分接头装置而言，N1为换流变网侧绕组主线圈，其匝数计为n1；NX为换流变网侧绕组可调线圈，其匝数计为nx；数字1～16为分接头选择开关静触头，黑色箭头为分接头选择开关动触头；数字20为分接头极性开关动触头，数字21、22均为分接头极性开关静触头。

现以换流变分接头档位为1档（图中所示的分接头调档范围为1～31檔），换流变网侧电压U1减小为例，说明分接头调压原理。当换流变网侧电压U1减小时，分接头由1档向16档调节，极性开关20号接头与21号接头连接，选择开关动触头与选择开关静触头1～16依次连接。此时，线圈N1和NX极性相同，因此换流变阀侧电压U2的计算公式为：

= = （1-1）

上式中n2为换流变阀侧绕组线圈的匝数（固定值）。由于换流变网侧电压U1减小，分接头档位上升，nx减小，从而保证换流变阀侧电压U2恒定。

此时，若换流变阀侧电压仍不能达到要求，则分接头由16档向31档调节，极性开关20号接头与22号接头连接，选择开关动触头与选择开关静触头16～1依次连接。

此时，线圈N1和NX极性相反，因此换流变阀侧电压U2的计算公式为：

= = （1-2）

由于换流变网侧电压U1减小，分接头档位由16档继续上升，nx增大，从而保证了换流变阀侧电压U2恒定。

3、换流变分接头常见故障及分析

总结换流站多年的运维经验，换流变分接头常见故障为分接头不同步（不一致）故障。下面江陵站和宜都站换流变分接头故障为例，分析故障原因及采取的处理措施。

3.1江陵站换流变分接头故障分析

2003年12月5日，江陵换流站极I换流变Y/Y A相分接头出现卡死故障：只能上升，不能下降。在运行人员工作站上上显示该换流变的分接头位置为24，而另外5台均为18，并且不能采用手动模式对故障换流变分接头进行调节。

故障原因分析：

1）可能原因一：控制软件出现故障，分接头降档指令不能发出。

当手动模式降低分接头档位，在二次软件中观察到分接头下降指令确实已经发出，但是分接头却没有正确动作，因此该原因被否定，继续分析排查。

2）可能原因二：分接头操作机构故障

或是电机控制回路故障造成分接头档位不能下降。

因故障现象为分接头只能升档，不能降档；所以，查看电机驱动机构的回路图中控制分接头下降的回路部分，如下图所示。

图2换流变分接头电机驱动机构回路图

图2中上图为控制换流变分接头降档的回路部分，下图为降档回路的放大图。

在图2中分接头降档励磁回路串进的接点有：21（71-72），6（5-6），8.1（1-2），11（21-22），3.1（61-62）。其中各部分元件的具体名称如下：

3.1：接触器（负责分接头升档）

4：接触器（负责分接头降档）

6：凸轮开关

8.1：凸轮开关（限位开关）

11：连锁开关（当手摇曲柄插入时接点打开）

21：接触器（分步操作）

4号接触器是控制分接头降档的接触器，只要它励磁，分接头驱动电机就会带动分接头执行降档的操作。当从远方或就地发出分接头降档的命令时，正电通过21的常闭接点（71-72），在满足下列条件后，4号接触器才能励磁，启动电机带动分接头降档：

分接头没有正在上升；

档位没有下降到最低位置（1档）；

手摇曲柄没有插入；

3.1号接触器没有励磁。

对上述条件进行分析，只有两个条件最有可能出现问题，一个是6号凸轮开关的（5-6）接点，另一个是3.1接触器的（61-62）接点。因此更换了6号凸轮开关，但是问题依然存在，后来检查发现在3.1接触器没有励磁的情况下，（61-62）常闭接点仍断开，于是更换了3.1接触器，故障排除。

4、结论

换流变分接头档位不同步故障基本是因二次回路故障引起。因此，建议运维单位在年度大修时对换流变分接头相关的各二次回路进行详细检查测试，以防止在直流系统正常运行时发生换流变分接头档位不同步故障。

参考文献

[1] 赵畹君.高压直流输电工程技术[M] .北京：中国电力出版社，2004年

[2] 浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电.北京：电力工业出版社，1982年

[3]王官洁，任震.高压直流输电技术.重庆：重庆大学出版社，1997

[4] 姚海明；马宏忠；姜宁；王春宁；数字信号处理器在变压器有载分接开关监测与诊断中的应用[J]；变压器；2009年08期

作者简介：

黄家铭（1981-），男，湖北宜昌人，副高级工程师，现工作于湖北省电力公司检修公司特高压交直流运检中心，从事直流换流站检修工作。