直流输电工程换流变分接头不一致分析

直流输电工程换流变分接头不一致分析

阎乃臣赵强贾鸿益

（1.国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司伊敏换流站，呼伦贝尔市021134）

摘要：本文介绍了换流变分接头控制的重要性，针对伊敏换流站换流变分接头不一致问题进行了分析并提出改进措施，有效解决了常规直流输电工程中换流变分接头不一致造成的影响。

关键词：换流变；分接头控制；改进措施；

1概述

换流变压器是实现交直流变换的核心设备，且其制造技术复杂、造价昂贵，是高压直流输电系统中最重要的设备之一。换流变压器分接头的自动控制设备与换流器触发角相互配合，以保持直流系统处于最佳运行状态。分接头控制目的是保持触发角α，熄弧角γ，直流电压Ud为参考值。正常运行方式中整流侧分接头用于维系标称点火角，而逆变侧分接头用于维系指定直流电压。分接头控制只能是阶梯式的逐步调节，α、γ、Ud均存在死区，以避免与调节器相互干扰。最高优先级的判据是保证阀侧理想空载电压Udi0不超过上限值。

若换流变压器无分接头，即运行过程中变比固定不变，当直流电压和直流电流发生偏移或运行人员改变直流输送功率时，将由于电流调节器的作用造成整流器α角发生很大变化。α角过大时，整流器消耗的无功功率和直流电压中谐波分量将显著增大；而当α角太小时，又将缩小可控范围。因此，需要在换流变压器上加装分接头来协助电流调节器控制α角，使它接近于正常值15°，通常α角在12.5°～17.5°之间变化。

2换流变压器分接头控制

换流变压器分接头控制(TCC)是直流控制系统中的一个重要功能模块，其作用是使阀侧空载直流电压Udi0保持为参考值，使得直流系统在正常工况下工作。此外，分接头控制还用于确保Udi0不超过其最大限值，同时保持换流变压器不同相分接头之间的同步。

正常工况下，整流侧与逆变侧都采用维持换流变压器阀侧空载直流电压Udi0恒定的方式对换流变压器分接头进行控制。换流变分接头控制按以下方案调整逆变侧及整流侧换流变压器分接头的位置：

手动模式：对单相换流变分接头的移动或对所有换流变分接头的同步移动；最大换流变阀侧空载直流电压Udi0的限制。

自动模式：空载控制；整流侧的分接头用来维持换流变阀侧的正常触发角α恒定；逆变侧的分接头用于维持换流变阀侧的空载直流电压Udi0恒定；最大换流变阀侧空载直流电压Udi0的限制；自动分接头同步。

正常工况下分接头控制为自动模式，实现自动分接头同步功能，若分接头位置不一致，将在并联换流变之间存在电压差，产生一个循环电流，降低换流变压器运行效率，因此对并联换流变分接头的调整必须保持一致且同步进行。为防止两分接开关位置的不同，需提供自动同步功能使两个分接头自动再同步。再同步功能仅在自动控制时有效。该功能将进行一次分接头同步调整，若不成功将发出报警并禁止任何进一步的自动控制。当某一相换流变分接头档位与其它两相档位相差3档时，则产生零序电流，导致换流变零序电流保护动作造成单极闭锁。

3伊敏换流站分接头动作不一致分析及改进措施

3.1分接头动作不一致统计

自伊敏换流站9月初调试至今，在正常运行期间共发生7次分接头动作不一致告警，如表1所示。

3.2伊敏换流站分接头不一致分析

分接头动作不一致告警由TCC内自动同步功能实现，动作分接头期间当“动作中”信号消失后如判断三相分接头不在同一档位，则向未到位的分接头发出同步命令，如其在10秒内未完成同步则发出不一致告警。考虑到每台换流变机械响应命令时间的差异，设置了不一致判定时间，该时间表示了第一台换流变分接头开始动作到最后一台换流变分接头开始动作之间的时间差。在所有的常规直流工程中，该时间为2秒。在整个响应期间涉及到了分接头档位上送信号回路、逻辑回路、动作回路三个部分，任一部分异常将导致分接头发生动作不一致结果。

(1)二次回路异常

在7次分接头不一致告警中，几乎遍布极1、极2所有换流变，如表2所示。

在多台换流变发生不一致的现象中，仅在9月14日的不一致经检查确认为接线松动导致。伊敏站处于内蒙东部，属大陆型气候，四季、昼夜温差变化较大，冬季严寒期间可能再次发生因导线或端子排冷缩导致的线缆松动现象。

(2)逻辑回路异常

分接头同步逻辑采用了南瑞公司的MACH2系统，由PCP主机及I/O板卡完成命令的下达，整个回路配置了成熟的自检测功能，且设计与其它常规直流工程一致，软件上并未分析出明显疏漏。同时除9月14日的接线松动外，其余不同步发生后，在执行远方手动分接头单相操作时均能够正确操作分接头升降，基本可排除由逻辑回路导致的异常。

(3)分接头档位信号异常

分接头档位信号是由MR送出的电阻信号，经由MR提供的数字变送器将电阻信号变成4位2进制代码送达MACH2系统逻辑回路。变送器需独立供电，实际安装中将送入换流变冷却器控制系统的AC220V电源接入变送器，若变送器失电，远送2进制数据将在2~3秒内逐渐变化为0000，对应远端档位信号为26档。该AC220V电源来自于站用电400V系统，供电并不稳定，曾发生过一天内400V供电电压在5分钟内波动超过15%的情况，导致变送器数秒内远送档位信号变化，使逻辑回路下达真实分接头同步命令，在分接头档位实际同步的情况下将一台换流变分接头调整成不同步的情况。

因此我们分析上述在操作过程中发生的原因不明的分接头不一致现象，可能是由站用电短时波动所导致，分接头信号变送器无法正常工作导致逻辑回路判断错误。

分接头信号变送器在投运前也需要进行微调整，因为两个档位对应电阻值的中间值可能会上送不同的档位信号。9月9日的分接头不一致现象就是该原因引起，在内蒙古冬季严寒期间电子元件将经受严峻考验，档位电阻值是否会发生变化需要着重注意。

(4)其它异常情况

分接头档位信号变送器可能存在隐患，但在实际检查中仅发现站用电波动导致的一次分接头不一致情况。在9月8日、10日、15日、16日发生的四次分接头不同步期间，站用电并未发生明显波动，且无论现场操作分接头验证动作二次回路还是远端手动调整分接头均未发生异常现象。

3.3改进措施

(1)由于冬季可能发生因线缆和端子排冷缩导致的线路松动情况，需要运检人员在工作前熟悉分接头动作回路，同时至少每年进行一次端子紧固工作，减少因线路松动导致的异常发生。

(2)档位变送器异常的改进措施。由上文分析可知，档位变送器存在供电不稳、电阻需要微调的问题。针对前者，建议将变送器供电电源由AC220V更改为DC220V，由于直流系统有蓄电池稳压，可靠性比交流电高很多，可有效解决该问题。针对后者，原始位置传送器是电阻式位置传送器，通过电阻矩阵转换成BCD码后上传，需要一个工作电源，该工作电源是冷却控制柜内交流380V变换为直流220V电源而来，而交流380V电源由站用变压器提供，在站用变压器电压波动时，将造成电阻式位置传送器传送信号的波动。建议取消电阻矩阵转换BCD码方式，采取二极管矩阵方式直接接到端子排上送到后台，取消转换BCD码这一过程中的工作电源。

4结论

本文介绍了换流变分接头控制的原理和不一致导致的问题，给出了解决伊敏换流站换流变分接头不一致的方法。改造后伊敏换流站未出现过分接头不一致现象，运行可靠。

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,2009.

[2]伊敏换流站TCC控制HIDAW图纸.

[3]伊敏换流站运行规程—运行方式及相关规定.

[4]伊敏换流站运行规程—设备概况.

作者简介：

阎乃臣(1985-),男,本科,工程师,主要从事高压直流输电的运行维护工作。

赵强(1985-),男,本科,工程师,主要从事高压直流输电的运行维护工作。

贾鸿益(1982-),男,本科,工程师,主要从事高压直流输电的运行维护工作。