换流站500kV换流变压器故障保护动作研究

李本毓

摘要：现如今，随着用电需求的增多，直流输电工程数量逐年攀升，在这样的背景下，输电安全成为社会关心的热点话题，对于电网稳定发挥较大作用。结合相关数据表明，高压直流输电的影响因素较多，其中换流变压器占据核心地位，故障发生频率较高，并且一旦发生故障并伴随着极强的危害性，属于亟待解决的问题之一。基于此，本文将重点研究换流变压器故障的解决措施，以便为今后的安全供电提供保障。

关键词：故障保护动作;换流站;换流变压器

引言：50OkV换流变压器在实际应用中属于直流换流站必不可少的重要设备，承担着重要任务，其运行的稳定性直接决定着电网供电的质量，是确保供電稳定输送的保障。但是在实际应用中，换流变压器也存在较大隐患，那就是易发生运行故障，并且故障发生后会造成一定的危害性，因此，提高50OkV换流变压器的运行稳定性变得十分重要。如果不能将故障概率降低，高压直流供电将会受到威胁。

1 直流换流变压器的基本情况介绍

随着社会上供电压力的增大，近几年，直流输电工程数量明显增多，规模也在逐年扩大，基于这样的压力，必须要将电网故障合理排除，这样才能确保用电的真实需求。在直流输电工程中，换流变压器扮演着重要角色，其性能的稳定性尤为重要，是平稳、高效供电的基本保障。想要提升换流变压器的性能与运行效率，避免故障出现，就要了解直流换流变压器的基本情况，掌握其工作原理。换流变压器属于重要的转换设备，接在换流桥与运行系统的中间位置，换流变压器安装可以实现系统中各设备之间的连接，这里指的设备主要是换流桥，帮助其和交流系统完成连接。通过有效连接可以给换流桥创建更好的运行环境，提供三相换相电压，以此来提升设备运行的整体稳定性^[1]。换流变压器结构相对复杂，包含多种部件，每个部件都起着不可替代的作用，与换流桥相互配合，都属于换流单元的主体内容。在输电系统中，换流变压器的地位与作用都十分显著，主要承担着传送电力的任务，除此之外，还要实现交流系统电压的传输与转换，将其变换到换相电压。实际应用中，还可以将直流部分与输电网的交流系统进行分离，达到一种相互绝缘隔离的状态，这样做的主要目的是为了避免交流系统中故障的发生，这些故障常常是由于性点接地引起的，最终导致换相无法进行。值得注意的是，换流变压器可以有效起到故障电流阻断的作用，交流变压器的运行性能是电网稳定的前提，通过故障分析，可以弄清楚故障发生的机理，找准故障位置，通过有效手段提升电网运行的真实质量与稳定性。

2接地故障描述

经过现场检查发现，套管底锥已经出现不同程度的损坏，将其取出后，可以看清瓷套受损情况，程度比较严重，同时电容屏蔽层此时是完全裸露的，但是电容纸看上去相对完整^[2]。通过观察可以看出，高压侧出现了非常明显的放电，这种放电迹象在法兰底部也出现了。换流变压器阀组可以监测到电流，故障的详情如下。首先，故障发生前，直流双极都属于正常运行的状态，功率没有出现大幅度的波动，一直维持在标准限值之内，并且并没有人员违规操作或者是其他因素干扰。故障发生后，该系统保护动作详情如下表1所示。

其次，故障发生时，变压器保护系统第一时间做出了反应，立即完成了对未完成换相的检测，通过表1 可以看出检测的具体时间，此时系统电流为1800A，但交通电流却为0，由此可以判断故障的形成。结合故障的发生特征，可以基本断定属于变压器故障，随即给出警报。

3故障过程分析

3.1第一阶段

故障发生前，系统还处于正常运行的状态，并没有发现异常，Y桥侧对应的阀3和阀4 都属于导通位置，几乎在相同时刻，在接近阀的位置上可以发现程度较轻的闪络现象，此时当电流流经阀4后，就会流向大地，与接地极线作用后和极工汇集。在故障发生阶段，故障直流走向如下图1所示，故障录波情况如下图2 所示。

3.2第二阶段

当故障进入到了第二阶段，又呈现出了明显的变化特征，在完成换相后，阀6依然可以保持一种较为稳定的状态，不会影响实际运行，但是和阀6不同的是，此时的阀4故障特征十分明显，主要表现在电流不能过零，这种现象就让阀4不能正常工作，无法进行关断操作，在这样的背景下，会出现电流异常回路。第二阶段，电流的具体走向如下图3所示^[3]。在故障发生阶段，直流电流会源源不断涌入，通过阀4和阀6，这些电流会直达故障位置，其中阀6侧电流经过循环之后也会进入故障位置，由B相进入A相，综上就可以得出，A相故障电流具有自己的特性，属于流入点。相反，B相属于流出点，所以在观察故障录波图时就可以知道，图中两种不同的虚线，虽然方向相反，但是大小却是基本上一致的。

3.3第三阶段

当进入到第三阶段，故障特征以及电流走向又发生了本质变化，通过下图4可以看出变化的规律，在阀6导通阶段，此时的系统故障位置已经发生了转移，位置变化明显，起初故障是停留在A 区域的套管交流侧，随着位置的变化，现在的故障已经处于图4中的位置。当故障转移完成后，会重复第二阶段的操作，按照上一阶段的电流流经途径与方式来最终形成电流回路（故障电流）。但是相对来说，在发生故障转移前，呈现的是阀6 侧电流，故障转移后，表示的则是阀4侧电流，综上可以得出，电流进出方式正在发生改变，由最开始的电流流入逐渐转变为电流流出。除此之外，故障电流的正负值也发生了转变，由负值变更成正值。基于这样的前提，在故障发生后，虽然位置发生了变化，但是阀4和6的侧电流是长期处于一致状态的，并没有明显的波动，随着阀6电路呈现出减弱的趋势，阀4电流会相应变大，最终的结果就是换相失败，从最开始的换流套管逐渐发生了移动，最后移动到了交流侧附近，通过以上特征就可以看出，此次故障属于逆变侧故障类型，想要排除此类故障，就要考虑投旁通对措施，将故障隐患有效排除。

4结论

通过对录波图的观察以及对现场检查结果的研究可以得出结论，此次故障出现的原因主要在于换流变压器，究其根本就是因为阀组星型套管发生了断裂，这种突发性故障引起了换流变压器的性能异常。因为断裂的突然出现，产生的爆炸瓷片会阻碍内部引动，转移性故障因此产生。通过故障过程分析可以发现，故障位置呈现出了明显的变化，从最开始的换流套管逐渐发生了移动，最后移动到了交流侧附近，这个移动的过程是非常复杂的，并且故障特征十分明显。通过故障分析可以知道故障形成的原因，并为日后工作提供有效参考，避免类似问题发生，在故障分析的基础上提供准确指导，将故障发生概率降低。针对故障阶段分析的结果，可以看出逆变侧故障类型，想要排除这种故障，就应该优化考虑投旁通对措施，将故障排除技术不断优化。针对常见的阀组故障来说，采用投旁通对措施并不利于故障消除，甚至还会危害一次设备，基于这样的前提，在实际应用中，想要消除故障，就要对故障类型进行合理分析，结合故障特征采取应对措施，选择最佳的故障保护方案，以此来达到理想的直流保护效果。

参考文献：

[1]吴建云，梁亚波，郑现州.逆变侧换流变压器网侧接地故障对差动保护影响分析[J].电力系统保护与控制，2020，48（17）：170-178.

[2]相中华，朱林，何玉鹏.一起大型换流变压器潜伏性故障发现与处理[J].宁夏电力，2020（04）：45-49.

[3]马斌，黄炫磊.特高压换流变压器局部放电故障现场定位诊断实例[J].机电信息，2020（14）：1-3.