天广直流换流变冷却系统电源自动切换回路研究

李星辰，廖 毅

（中国南方电网 超高压输电公司广州局，广东 广州 510000）

0 引 言

高压直流输电相对交流输电具有距离远、容量大、线耗少、稳定可靠等优点。换流变能够实现直流的相互电气隔离，能够协同换流阀和换流变压器共同做功，实现对送端交流电力系统的电功率输送。因此，换流变具有较高的市场占有率。但是，它长期处于室外高温环境，发热严重[1-2]。当前，常用的冷却方式是强迫导向油循环风冷，主要是冷却器以及其他设备构成的系统共同发挥作用。一旦冷却器出现故障，将会直接影响换流变的运营，影响电网安全[3-4]。

1 换流变冷却器控制系统介绍

天广直流换流变冷却器有四组，每组冷却器由1台油泵和3台风扇组成。每组冷却器按照等级进行划分。冷却控制时，这些冷却器等级可以手动切换，从而使冷却器能够循环备用，更好地满足换流变冷却的需求。

2 电源自动切换回路原理及存在的问题

换流变压器有两路电源，共同保证冷却器的安全稳定运行。将主电源设为第一电源，主要负责日常冷却器的运行；第二电源为备用电源。只有在第一电源无法实现正常供电时，才会通过电网的智能系统向主控室内发出故障信号，从而自动延时切换到第二电源。一旦第一电源恢复正常，电网的系统将会第一时刻切换至第一电源。

2.1 原理介绍

如图1所示，广州换流站换流变冷却系统电源自动切换回路的主要设备包括空气开关、电源电压监视继电器以及电源开关的辅助触点。F1～F4是空气开关，K7、K8分别是第一路和第二路电源电压监视继电器，Q1、Q2分别为第一路、第二路电源开关的辅助触点。

图1 广州换流站换流变冷却系统电源自动切换回路

正常状态下，要求接通第一路电源回路。根据图1可知，需要将所有的电源开关以及开关的辅助触点设置为关闭状态。在第一路电源回路中，主要的励磁助力在于K7、K8两个继电器。K10作为延时继电器，一般不做主要的继电器，而发挥连接作用的辅助触点是14。在未接通电源时，辅助触点11接通道12，而K7、K8尚未正常工作。接通第一路电源回路时，电流由K7、K8正常励磁，辅助触点接通到14。当出现第一路电源回路故障时，属于第二路电源回路的继电器主力K9会成为主要的继电器励磁，此时区别开第一、第二路电源回路的辅助触点21、22会主动断开，接通31、32辅助触点，K9失磁，电源供应由第二路断开转接为第一路电源回路。

反之，当第一路电源正常运行时，该系统返回到第一路电源回路的运行机构，切断第二路电源回路。

2.2 存在的问题

广州换流站换流变冷却系统电源自动切换回路中，两路电源是简单的一主一备关系，始终是电源1为主电源回路，电源2为辅助电源回路。但实际运行中，电源1的状态可能比电源2的状态差，电源2做为主电源回路运行比较合适。因此，需要有一个改进，即可以将电源1和电源2随意切换成主电源回路，从而可以根据两路电源的状态选择主电源回路。

3 电源切换回路改进措施一

3.1 基本原理

如图2所示，两路电源为主备关系，且能够实现冷却系统第一路电源和第二路电源的主动切换，使其都成为主电源，具有更高的可操作性。

图2 中，S1为主电源选择开关，当选定第一路电源回路作为主电路时，其相邻的1、2、5、6辅助触点和K5继电器共同作用，自动断开第二路电源回路。

当第一路电源故障时，回路内的继电器失磁，而延时继电器K10励磁，第二路电源回路的主要继电器K6励磁，换流变冷却系统切换至第二路电源回路。此时，S1开关在2，第二路电源回路为主要的电源回路为冷却系统供电[5]。

反之，当第二路电源故障时，电源回路所在的继电器和辅助触点都会断开连接，换流变冷却系统自动切换回第一路电源回路。

3.2 存在的问题

考虑到该系统中存在两份设备，用以实现第一路电源回路和第二路电源回路的正常运作。因此，存在的主要问题在于，要实现两份设备以及电源回路的切换操作，涉及到的辅助触点合继电器数量较多。对第一路电源回路而言，电源通过辅助触点时，辅助触点受热容易出现三相黏连现象，此时换流变压器冷却系统就会主动跳过第一路电源回路的空气开关切换到第二路电源回路。同样，第二路电源的正常电压在连接辅助触点后能够被K7继电器感知，使其误认为第一路电源电压恢复正常，使K5继电器励磁，而延时继电器K10会让位与K5继电器励磁，从而使得换流变冷却系统电源将切回至第一路电源运行。这一步骤的自动转换操作不科学，此时第一路电源已无电压，转换完的回路在感知到第一路电源回路故障后又会再次将换流变冷却系统将切至第二路电源运行。如此重复电源切换，使其由于感知的失误而不断跳动，致使电源的供给出现延时。因此，在实现对换流变冷却系统电源自动切换回路的研究中需要进一步改进[6]。

4 电源切换回路改进措施二

如图3所示，改进措施二是在改进措施一的基础上的改进，考虑了K1（K2）继电器常开辅助触点三相粘连的情况。

图3 广州换流站换流变冷却系统电源自动切换回路改进二

为避免上述情况的发生，改进措施二中换流变压器冷却系统电源自动切换回路加装了K3、K4继电器，以实现对第一路电源回路和第二路电源回路的交叉区别，即在发生K1继电器三相辅助触点出现粘连情况时，K5继电器励磁并不能使K10继电器失磁，以此实现两路电源回路的无缝切换。

5 结 论

随着高压直流输电系统的快速发展，社会对高压直流输电的依赖性越来越高，其运行的稳定性对社会生产生活的影响越来越大。换流变冷却系统是保证高压直流输电系统安全稳定运行的重要部分，通过对自动切换回路系统的更新改进，使得换流变冷却系统能够更加准确地选择状态较好的电源回路，而且可以防止出现因K1（K2）继电器常开辅助触点三相粘连而导致的两路电源来回切换得不到有效电源供给的情况。