鹅城换流站换流变分接头调节原理及异常情况处理措施郑映斌DOC.docx

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鹅城换流站换流变分接头调节原理及异常情况处理措施郑映斌DOC

鹅城换流站换流变分接头调节原理及异常情况处理措施

郑映斌

（国网运行分公司惠州超高压管理处，广东惠州516144）

0概述

9月23日上午政平站换流变零序保护动作导致单极闭锁，具体情况为一台换流变分接头在上升至26档时分接头马达开关跳开，运行人员手动合上后其档位上升至27～28档时开关再次跳开，运行人员将该换流变分接头控制方式打至“手动”位置，现场再次手动合上分接头马达开关后其档位上升至29档，而其他换流变仍保持在26档位置，导致换流变零序保护动作导致单极闭锁；鉴于换流变分接头不同步相差2档后产生的严重后果，本文再次分析并讨论换流变分接头操作控制原理、二次回路排查、现场实际模拟试验操作和TWS工作站模拟试验，总结鹅城站换流变分接头发生不同步异常处理措施。

1换流变分接头控制调节和操作简述

1.1换流变分接头控制调节

1.1.1换流变分接头调节目的

分接头控制（TCC）的目的是把触发角α，熄弧角γ和直流电压Ud保持在确定好的基准值。

正常运行时，整流站分接头控制是为了把触发角α保持在额定值，而逆变站分接头控制是为了把直流电压Ud保持在额定值。

维持Ud是本站换流变分接头调节的依据，在软件中分析可以得出，分接头调与不调由Ud决定。

1.1.2换流变分接头调节原理

从下图1（TCCOverview）可知道换流变分接头在自动位置时有三种调节方式：

图1TCCOverview调节原理图

1）无载控制TCCNOLOAD，根据UDIO大小来判断，决定如何调分接头

a、在系统没有负荷的情况下（包括做OLT试验），当换流变正常充电后会自动升分接头，具体逻辑为：

换流变理想空载直流电压UDIO_NL_INV为262KV，当实际运行时所计算的UDIO减去262KV，大于4.5KV时，就会降分接头，直到其差值小于4.5KV才停止降；反之，当实际运行时所计算的UDIO减去262KV，小于-4.5KV时，就会升分接头，直到其差值大于-4.5KV才停止升；

b、在系统没有负荷的情况下（包括做OLT试验），当换流变停止充电后会自动降分接头，具体逻辑为：

换流变停止充电后，若分接头的档位不在最小档（即1档），则一直会有DEC_UDIO指令存在，从而使分接头降至1档。

2）电压控制TCCVOLT，根据UD大小来判断，决定如何调分接头

当本站实测极母线对极中性母线的线电压减去UD参考值，大于6KV时就会降分接头，发DECVOLT（降低电压）指令，直到其差值小于6KV后才会停止降分接头；当UD参考值减去本站实测的极母线对极中性母线的线电压，大于6KV时就会升分接头，发INCVOLT（增加电压）指令，直到其差值小于6KV后才会停止升分接头。

其UD计算公式为：

（1.1）

其中

为每极中的6脉动换流器数，本站

为2，

为换流变阀侧空载直流电压，

为每相的换相电抗，

为本站的触发角，

为直流电流平均值，结合上面

的计算公式，可以得出UD的计算公式可以转为：

（1.2）

（UD参考值为对站江陵站前一周期极母线出口电压与直流线路电压降的压差）

3）角度控制TCCANGLE，逆变站根据GAMMA角大小来判断，决定如何调节分接头

本站正常为逆变站，定角度控制开放。

若GAMMAREFLIM（整定值

）减去实测的GAMMA角，大于2.5度，就会发INCANGLE指令，从而升分接头；若实测的GAMMA角减去GAMMAREFLIM（整定值

），大于2.5度，就会发DECANGLE指令，从而降分接头。

1.1.3换流变分接头控制回路

1）首先是由ETCS柜内的PS853板卡根据控制系统指令发出升降分接头信号，如下图2中+B20.X10的1U和2U分别为升降档位的端子，1L为公共端。

图2ETCS柜内PS853控制信号图

2）然后经冷却器控制柜接线端子与外部分接头操作机构箱接线转接，如下图3，其公共端comm（X3：

4）、升档raise（X3：

5）和降档lower（X3：

6）端子。

图3冷却器控制柜接线端子示意图

3）换流变分接头在操作机构箱控制回路如下图4所示，其中升降接线端子公共端为comm（X3：

4）、升档raise（X3：

5）、降档lower（X3：

6）。

单步闭锁

图4OLTC机构箱控制回路图

1.1.4换流变分接头电源回路

换流变分接头马达电源电源回路图如右图5所示，该回路直接作用于分接头电机，若接触器触点一直吸合，或此回路出现短路，直流电机将持续运作，直到系统达到最高（最低）档位。

图5OLTC马达电源回路图

从以上换流变分接头操作机构的控制和操作回路来看，分接头马达每调1档就会自动停止，为什么会出现连续调节的现象？

假如排除接触器、单步闭锁继电器、极限开关等元件损坏的可能性，就要考虑升或降档接触器与分接开关的时间参数。

分析如下：

升或降档接触器采用中间继电器，每次通断的间隔时间为加，而分接开关每调节1档的间隔时间所需时间为6S左右，两者配合，没有时间裕度。

一旦产生误差，也就是说，当升或降档接触器间隔时间由于种种原因变得稍大或当分接开关变换时间稍小时，分接开关调节1档后，升或降档接触器不能可靠地切断电机电源回路。

相反，由于升或降档接触器来不及断开，其接点仍处于闭合状态，分接头马达由于带电继续工作，进行下1档操作。

就这样，一直转到最后1档。

简言之，是由于接触器与分接开关配合时没有足够的时间裕度，使得控制回路不能可靠地完成其功能，造成分接开关连续调节。

1.2分接头升降操作简述

实际验证鹅城换流站换流变分接头升降操作，得出以下结论：

就地操作和远方操作均为单步操作，操作完毕一次后，系统控制信号必须复位一次，才能进行下一档的操作，若控制回路出现异常，不会导致分接头持续上升或下降。

2分接头动作异常情况分析验证

主要针对换流变分接头电源回路和控制回路异常进行模拟分析如下：

2.1模拟分接头电源回路短路或接触器触点不返回情况

当升档（或降档）继电器触点未返回时，换流变分接头会持续升（降）档，持续1分钟后，时间继电器动作跳开分接头马达电源开关。

在备用换流变上验证过程：

1）持续按住升档继电器接点，分接头连续升10档半（时间继电器定值为1分钟）后跳开分接头马达电源开关；

2）分接头马达电源开关跳开后，松开升档继电器触点，时间继电器仍保持励磁状态（该状态持续一段时间后会导致时间继电器烧坏）；

3）在此状态下，试合分接头马达电源开关失败，因为时间继电器会立即跳电源开关；

4）在端子排上断开分接头控制回路电源，使时间继电器失磁，然后恢复控制电源，在1分钟内必须合上分接头马达电源，使未完成的11档操作到位，至此分接头控制回路恢复正常，否则超过一分钟，时间继电器将再次发出跳电源开关指令，电源开关仍旧无法合上。

注意事项：

操作箱内升降接触器持续吸合就会导致分接头连续动作，后果严重，需要重点控制。

2.2模拟分接头就地控制把手短路导致一直存在升（或降）操作

将分接头操作箱的就地控制把手打至升（或降）的位置一直不复位，也只能升一档（或降一档）。

若想继续升（降）档位，需将把手复位，且上一档位操作到位后，再将把手打至升（降）位置，才能再次操作一档。

注意事项：

由于分接头操作回路设计有单步闭锁功能，如外部指令持续存在或外部回路短接，不会导致分接头档位连续升降。

2.3模拟分接头控制系统故障，持续发出升（降）操作

鉴于单步闭锁功能存在，本站控制系统发出升（降）分接头指令的脉冲若一直持续，分接头也只能升一档（或降一档），除非远方指令复归，且上一档位操作到位后再次发出升（降）分接头指令脉冲，才能再次操作一档。

由此可知，正常的远方操作或就地操作，不可能导致分接头档位连续升降。

我站曾出现降档继电器触点卡住的情况，当时并未持续降分接头，只是因其触点闭锁升分接头控制回路，从而导致无法升分接头。

此种情况只是触点半卡住导致降档不成功分接头差一档，否则会持续降分接头档位。

3分接头异常情况应急处置分析

根据我站换流变分接头控制回路设计原理，当控制系统故障持续发升（降）分接头指令，或就地手动升（降）分接头把手常按不复位，并不会造成分接头档位持续升（降）。

不论远方控制或手动控制，分接头的调节都是步进的（stepbystep）。

只有当分接头机构箱内继电器及触点故障，或继电器和触点的接线因故短接时，才可能出现档位连续升（降）。

操作一档的时间约为6s，连续操作三档造成极闭锁的时间不超过20s，当控制方式在远方时，人力无法阻止其发生。

当控制方式在就地时，可立即断开分接头马达电源开关。

4直流电压实例分析

4.1直流电压自动调节分析

2009-8-2813:

08，极I直流线路故障测距启动，测距距本站206.5kM，杆塔号T1848，极Ⅰ转为350kV降压运行，其事件记录如下：

故障时间

事件点组

事件记录

2009.08.2813:

08:

12:

781

P01LineFaultLocator

LineFaultIndicationOtherStation,Pole1

2009.08.2813:

08:

12:

781

P01LineFaultLocator

DistancetoLineFaultCalculated,206.5km

2009.08.2813:

08:

13:

187

Pole

OrderRed.VoltageFromOtherStation

2009.08.2813:

08:

13:

194

ReferenceCalculator

ReducedDCVoltage

2009.08.2813:

08:

24:

355

ConverterTransformer

AllTapChangersSteppedToPosition28

2009.08.2813:

08:

36:

556

ConverterTransformer

AllTapChangersSteppedToPosition1

其故障录波图如下：

图6：

极I直流线路故障自动降压350kV录波图

其控制原理图如下：

图7：

极I直流线路故障自动降压350kV控制原理图

从以上的故障录波图和直流电压UD控制原理可以看出，极I直流线路故障，极I直流线路保护动作，最终直流线路转为350kV降压再启动成功，其控制策略是极I控制系统通过快速（16ms）增大γ70°，将直流电压瞬降至0kV，通过150ms的去游离时间后，减少γ至28°，直流电压建立不起来，第1次全压再启动不成功；接着通过增大γ至40°，将直流电压降下来，再通过200ms的去游离时间后，减少γ至28°，第2次全压再启动不成功；接着通过增大γ至65°，将直流电压降下来，再通过200ms的去游离时间后，减少γ至28°，第3次降压再启动成功，极Ⅰ转为350kV降压运行后，极I换流变分接头才开始调节，从29档调节到1档，整个调节过程需要192.2s，以保持极I直流系统的γ为28°和直流电压为350kV左右。

4.2直流电压手动调节分析

运行工况：

极I900MW大地回线，UDL=471kV，关断角γ=17°，重叠角u=15.3°，分接头为27档，鹅城站为主控站，在TWS上进行以下操作试验：

4.2.1将极I换流变分接头控制方式打至“手动”，手动操作将极I直流线路电压降压至350kV运行，其过程如下：

极I直流线路电压UDL慢慢下降，直流电流IDL维持不变，γ慢慢增大，一直增大到47.5°，u慢慢减小至8.1°，直到极I直流电压UDL下降至321kV维持不变为止，运行情况如下图：

图8：

极I直流电压UDL手动降压至350kV暂态图

接着将极I换流变分接头控制方式打至“自动”，极I直流电压UDL下降至321kV维持不变为止，极I换流变分接头慢慢调节从27档调节到1档，γ响应进行调整，慢慢减小，一直减小至27.8°，u慢慢调节，增大至14.5°，运行情况如下图：

图9：

极I直流电压UDL手动降压至350kV稳态图

4.2.2极I直流线路350kV降压运行时，将极I换流变分接头控制方式打至“手动”或极I换流变分接头不一致时，极I直流线路无法恢复至全压运行；

4.2.3极I直流线路350kV降压运行时，极I直流线路恢复至全压运行，先是γ快速响应，减小至17°，u慢慢调节，增大至17.6°，接着极I换流变分接头开始从1档慢慢上升，上升至10档时，将极I换流变分接头控制方式打至“手动”，极I直流线路电压停止上升，维持为383kV不变，运行情况如下：

图10：

极I直流电压UDL回升稳态图

将极I换流变分接头控制方式打至“自动”，极I换流变分接头继续上升到27档，极I直流电压UDL相应上升至471kV；

4.3.4正常情况下，极I换流变分接头控制方式为“自动”，极I直流线路从全压手动操作350kV降压运行时，先是γ和u慢慢轻微调节，分别维持在17°和15°，极I换流变分接头慢慢下降，等下降至1档时，γ为21.3°，接着γ慢慢增大至27.8°，极I直流电压UDL下降至321kV维持不变；

4.3.5正常情况下，极I换流变分接头控制方式为“自动”，极I直流线路350kV降压运行时，手动恢复极I直流线路全压运行，先是γ和u快速响应，调节至17°和18.8°，极I直流线路电压上升至350kV，然后极I换流变分接头开始慢慢上升至27档，极I直流线路电压上升至471kV。

5措施及建议

5.1目前应对措施：

5.1.1现场处置

1）换流变分接头瞬发不同步告警

当直流线路瞬时故障或是手动降压运行时，该极自动转为降压运行或是由降压恢复全压运行时，该极换流变分接头大幅度调节时，偶尔会因其单相换流变分接头调节较慢些，而导致该极发换流变分接头不同步告警，瞬时复归，还应检查OWS上的该极换流变分接头档位调节情况并与现场进行核对；

2）单系统ETCS对应换流变分接头档位电流测量值异常导致换流变分接头不同步告警

OWS检查发现该极某相换流变分接头档位与其它相换流变分接头档位不一致，现场检查该相换流变分接头档位与其它相换流变分接头档位一致，其它未发现异常；可通过PCP/MC1/Main_CPU/TCC/Control/TCC_CALC软件页面debug查看该相换流变分接头档位A/B系统档位读数；若发现该相换流变备用ETCS系统测量的档位读数与其它相换流变分接头档位均一致，初步判断为该相换流变“Active”ETCS系统测量异常（2005-4-5，极IY/Δ.B相分接头不同步告警，检查发现当分接头28档时对应分接头档位的A系统电流测量值变化明显，将分接头在28档上下多次调节，并清洁其分接头调节的动触头，未再发此报警。

），向国调申请手动将备用ETCS系统切至“Active”状态，该极换流变分接头不同步报警消失，该极换流变分接头OWS上显示正常，专业组再对换流变分接头档位电流测量值异常进行排查处理；

3）换流变分接头操作箱降档接触器异常导致其该相换流变分接头调节拒动（2007年6月2日发生过，可参考其处理方法）

OWS和现场分接头操作箱检查发现告警相换流变分接头档位与该极其它相换流变分接头档位不一致，进一步检查发现其操作回路的升或降档接触器未完全复归，通知专业组检查处理；紧急情况下，现场人员可暂时手动复位（发现该相换流变分接头自动调节时应立即断开其马达电源开关，阻止分接头档位差进一步扩大），手动将OWS上极I换流变分接头控制方式打至“手动”模式，远方手动调节告警相换流变分接头档位，若是发生无法操作该相换流变分接头向上调节1档，应检查是否因电压应力保护限制导致的，不可盲目尝试向下调节1档；若是因电压应力保护限制导致的，应向国调申请将其它五台换流变逐一向下调节1档使该极换流变分接头调节同步，再将该极换流变分接头调节方式打至“自动”模式；

图11换流变分接头操作箱降档继电器未复位示意图

4）换流变分接头调节时其操作回路电机电源开关跳开

换流变分接头不同步告警，现场检查发现不同步相分接头操作箱的电机电源开关跳开，不可盲目尝试合上该电源开关，防止因机械结构异常或是操作回路短路发生该相换流变分接头连续调节多个档位，从而引发换流变零序保护动作闭锁极；应与专业组共同详细排查故障原因，必要时向国调申请计划停运进行详细检查、调节和升降调节试验；若远方手动调节失败时，可能是其机械操作结构卡涩，不可盲目现场电动操作，更不可盲目使用摇把手动操作，应查明原因，防止强行操作进一步损坏操作机构；故障排查后，合上分接头操作箱的电机电源开关后，分接头立即进行调节时应立即按下紧急按钮并断开其马达电源开关，再做进1步检查处理。

5）换流变分接头不同步相差1档情况下该优先按照如下顺序进行操作：

    a、现场检查该极换流变不同步相分接头档位和操作箱情况，确定该相换流变分接头档位不同步，相差1档；

    b、在OWS上将该极换流变分接头TCC控制方式打至“手动”位置，选中不同步的那台换流变，调节它的档位使之与其他5台换流变分接头档位同步；

    c、若OWS上操作拒动，现场需进一步详细检查分接头操作箱内继电器动作情况，排除异常后再尝试远方手动操作。

6）注意事项：

  a、单相换流变分接头与其它五台换流变分接头档位相差2档时会引发换流变零序保护告警，相差3档时引发换流变零序保护动作闭锁极，换流变分接头单相调节时只有高档位和低档位限制，无连续调节限制，事故处理时应谨慎；

 b、换流变分接头不同步告警未消除时，该极极换流变分接头控制方式无法恢复至“自动”模式；

c、将极I换流变分接头控制方式打至“手动”或极I换流变分接头不一致时，极I直流线路无法恢复至全压运行；

d、换流变分接头再同步功能只在自动模式下有效，如果同步不成功，则发出报警并禁止分接头进一步自动调节。

即换流变分接头在自动模式下，一旦出现不同步，将会禁止分接头的进一步动作，确保一个极的换流变分接头档位差值不会超过2档及以上；

e、由于两个极的测量误差导致分接头位置不同，则双极同步功能会尽力使它们同步。

双极同步功能是一种慢速功能，只在双极平衡运行时起作用，并且两极都不是降压运行模式。

双极均常压运行时极间分接头档位也不会长时间出现档位相差2档的情况。

f、换流变正常运行时不可手动对其分接头进行档位升降调节试验或使用摇把操作。

5.1.2年度检查措施

1）通过检查机械行程开关（分接头辅助触点），确认每一档都能够正常到位，接点分合正常。

2）每年检查分接头控制回路及电源回路外观，端子排无裂缝、老化变形，接线规范，线头无裸露现象，和端子排之间接触紧密牢靠，无异常短路风险；

3）检查分接头控制回路间绝缘良好，接线牢靠。

5.2后续继续探讨：

通过联系变压器和分接头厂家，探讨合理设置电机延时保护继电器的定值可行性。

若将该定值设置为连续操作两档的时间，可以避免在远方控制模式下，电源回路异常导致的分接开关连续上升，防止直流保护动作。