換流變壓器分接頭檔位遠方顯示異常隱患分析

1 引言

坐落于江蘇省常州市的政平換流站，直流電壓±500千伏，雙極額定輸送容量3000兆瓦，是三峽電力外送的重要標志性工程，它承擔著三峽左岸電廠首批發電的四臺水輪機組的電力外送任務。其安全穩定運行，緩解了華東地區的用電緊張局面，在保證三峽電力可靠外送方面發揮了重要作用。

換流變作為直流換流站的核心設備之一，其分接頭的分檔調節功能，可以實現對AC、DC系統電壓大范圍的分檔調節。換流變分接頭信號變送器或電阻盤發生故障時，有可能導致自動控制狀態下的TCC分接頭再同步功能誤動，造成換流變零序電流保護動作導致極閉鎖。

2 換流變分接頭檔位信號傳送原理分析

2.1分接頭正常動作過程分析

換流變的有載調壓由極控主機的TCC功能塊完成。TCC的目的是維持觸發角a，熄弧角g和直流電壓Ud在給定的參考值。在正常運行時，整流側的有載調壓開關用來維持正常觸發角;逆變器的有載調壓開關用來維持正常的直流電壓。由于有載調壓開關是步進動作，觸發角a，熄弧角g和直流電壓控制設置了合適的死區以避免分接頭頻繁往復動作。

正常調節時，控制系統發出升(降)分接頭指令，6臺換流變同時動作，事件記錄會出現下述三條事件：

Tap changer operating：表示任一臺換流變分接頭開始動作

Tap changer in progress：表示6臺換流變同時處在動作過程中

Tap changer ok：表示任一臺換流變分接頭動作完成

2.2 分接頭檔位上送和指令下達原理分析

分接頭調節連桿帶動機構箱中的電阻盤轉動，在不同的檔位上，電阻盤輸出不同的電阻(10Ω一擋，分接頭從-2～26檔對應290Ω～10Ω)，電阻值被輸入雙重化的測量變送器中轉換成4-20mA的電流信號，再送入TCI柜的采樣板PS868板，在采樣板中進行模數轉換后變壓器檔位信號又通過CAN總線送入極控主機，極控主機中的TCC程序根據運行電壓、角度、當前變壓器檔位等信息作出升降分接頭的判斷，并通過CAN總線把調節指令送至TCI柜的PS853板，PS853板開出110V指令驅動變壓器分接頭調節繼電器。分接頭電阻盤通過就地測量變送器將電阻值變換為電流量，現場測量變送器共有兩個，即下圖中的U5和U7：

圖二 就地變送器接線回路圖

U5和U7兩個變送器型號一致，但輸入信號有差異：U5的輸入為來自檔位電阻盤的電阻值，輸出為4-20mA的電流(即U5為電阻值輸入，電流值輸出);U7的輸入則來自U5的輸出，其輸出值也為4-20mA的電流(即U7為電流值輸入，電流值輸出);從這兒可以發現，如果U5故障其輸出值不準確，其必然也會導致U7的輸出值不準確。

極控制保護系統通過PS868板卡采集現場測量變送器傳輸的電流信號，經過運算變換成檔位值(現場分接頭的-2～26檔對應于OWS顯示的29～1檔)，以Y換流變A相為例，具體的運算公式如下。

TCP_L1=30-INT[(TCP_T2_L1-4000+750)÷570]

3 分接頭同步信號分析

3.1 允許分接頭升降指令分析

根據ABB設計的程序邏輯，允許分接頭升檔的條件有：

1) 直流線路電壓測量無異常;

2) 無保護(包括大角度監視和電壓應力保護)出口禁止分接頭升檔信號;

3)分接頭未處于調檔狀態;

4)IDNC*4015.154≤9000A

5) 六臺換流變分接頭檔位平均值未處于29檔或者六臺分接頭檔位不相同。

以上五個條件全部滿足時，允許分接頭進行升檔。

根據ABB設計的程序邏輯，允許分接頭降檔的條件有：

1) 分接頭未處于調檔狀態;

2) IDNC*4015.154≤9000A

3) 六臺換流變分接頭檔位平均值未處于1檔或者六臺分接頭檔位不相同。

以上三個條件全部滿足時，允許分接頭進行降檔。

3.2 分接頭再同步指令分析

分接頭再同步指令分為本極的再同步指令和雙極的再同步指令。

根據ABB設計的程序邏輯，若要Y換流變分接頭自動升降檔位，則需滿足一下幾個條件：

1)同極的六臺換流變中，任何一臺的檔位信號與其它五臺的檔位信號不一致;

2)分接頭控制處于自動位置;

3)ALLOWRESYNC信號為1，該信號在軟件中，常置1;

4)Y換流變的分接頭檔位與六臺換流變檔位平均值TCP不一致。

當以上四個條件同時滿足時，發送換流變自動同步的升檔或降檔指令。

以升檔指令為例，根據ABB設計的程序邏輯，發出雙極再同步指令需要滿足以下幾個條件：

1)經過直流電壓比較，使INC_BIP信號為1;

2)本極分接頭不同步;

3)本極與對極分接頭平均值僅相差1檔;

4)對極分接頭平均值比本極大;

5)分接頭處于自動控制位置;

6)極間通訊正常。

當以上6個條件同時滿足時，發出雙極升檔指令。

3.3 下面以YA相換流變分接頭降檔指令為例，闡述其原理。

根據ABB設計的程序邏輯，要發出YA相換流變分接頭降檔指令，必須滿足以下幾個條件：

1)RESETL1_Y為0，即允許分接頭動作;

2)無分接頭升檔指令;

3)分接頭檔位在1-29之間;

4)PERM_DEC為1，即允許分接頭降檔;

在以上四個條件同時滿足的前提下，以下幾個條件滿足任何一個，均將執行分接頭降檔指令：

1)有本極再同步的降分接頭指令;

2)有雙極再同步的降分接頭指令;

3)因電壓或者熄弧角過大，而產生降分接頭指令;

4)控制臺執行手動降分接頭指令;

5)因大角度監視或電壓應力保護產生降分接頭指令。

4、當前存在的隱患

當分接頭電阻盤接觸電阻異常或者U5變送器故障等原因，造成傳輸到極控A/B系統的分接頭采集量同時錯誤。如果采集的錯誤變量超出量程，即小于1或者大于29(OWS界面上的檔位)，程序邏輯將屏蔽分接頭動作指令，使之不能升檔或降檔，這時故障現象并不會導致極閉鎖。

但是，舉例來說，當六臺分接頭正常運行，處于26檔時，因為分接頭電阻盤接觸電阻異常或者U5變送器故障等原因，假設使得YA相分接頭檔位傳輸信號變為23檔，則六臺換流變檔位平均值TCP=25，此時極控系統將對YA相換流變下達升檔指令，對其它相換流變執行降檔指令，使六臺換流變平均值TCP向25靠攏。但實際上六臺換流變均處于26檔，第一次再同步執行分接頭升檔和降檔指令后，YA相會從實際26檔升至實際27檔(對應于控保系統，認為其從23檔升至24檔)，其他相則會降至25檔，此時系統中TCP=24;之后第二次再同步執行分接頭升檔和降檔指令后，YA相檔位仍保持為27檔(對應控保系統中認為其為24檔)，其他相則從25檔降至24檔，此時檔差達到3檔(27-24)，這將有可能產生零序電流引起保護動作引發極閉鎖。

當全壓運行時，分接頭檔位處于26檔左右;降壓運行時，分接頭檔位處于1檔。這兩種情況下，如果某相換流變分接頭遠傳信號突變，使之與正常值相差3檔及以上，將使分接頭動作，產生過大零序電流，造成MC2中換流變零序電流保護動作，閉鎖直流。

5、反措或改進建議

方案1：最優

在TCCPERM.HGF程序頁面增加與邏輯，將單相換流變分接頭TCP_LX與六臺換流變分接頭平均值TCP1(TCP1為浮點型變量，而TCP為整型變量)的差值引入，參與PERM_INC和PERM_DEC邏輯運算。當|TCP1-TCP_LX|>0.5，則發告警，并屏蔽PERM_INC和PERM_DEC邏輯運算。之后由運行人員現場核對后視情況執行手動升降檔操作。

方案2：定值的確定較困難

系統中對零序電流進行實時計算，當發現換流變零序電流值超過一定值時，則屏蔽PERM_INC和PERM_DEC邏輯運算。之后由運行人員現場核對后視情況執行手動升降檔操作。當然該定值需進行系統整定計算。

方案3：費用高，改動大

每臺換流變對應增加PS851板用于引入該臺換流變的檔位的BCD碼，這樣就可以將BCD碼的檔位指示與PS868板的4-20mA電流計算獲取檔位的進行比較，如果兩者不一致，則屏蔽PERM_INC和PERM_DEC邏輯運算。之后由運行人員現場核對后視情況執行手動升降檔操作。

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