 Smart Grid 智能电网, 2013, 3, 22-27 http://dx.doi.org/10.12677/sg.2013.31004 Published Online February 2013 (http://www.hanspub.org/journal/sg.html) Analysis and Dispose of Converter Transformer OLTC 125˚C Blocking in Series Dual Groups of Yunnan-Guangdong ±800 kV DC Transmission Project Canxu Chen1, Maotao Liu1, Zhichao Zhang2, Shubo Song1 1Guangzhou Bureau, EHV Power Transmission Company, China Southern Power Grid, Guangzhou 2EHV Power Transmission Company, China Southern Power Grid, Guangzhou Email: chencanxu@sina.com Received: Dec. 27th, 2012; revised: Jan. 18th, 2013; accepted: Jan. 26th, 2013 Abstract: Yunn an-Guangdong ±800 kV DC transmission project is the first project which uses vacuum on-load tap- changer in all DC transmission projects of CSG. The paper introduces the operation of vacuum on-load tap-changer firstly, then summarizes and analyzes the cause of converter transformer OLTC 125˚C blocking in Yunnan-Guangdong ±800 kV DC transmission project, and analyzes its risk thoroughly, at last, some effective measures which can depress the risk of blocking both pol e i n Yunnan-G uangdong ±800 kV DC transmission project are g iven. Keywords: UHVDC Project; OLTC of Converter Transformer; 125˚C Blocking ±800 kV云广直流输电系统串联双阀组换流变分接开关 125℃闭锁调整分析及处理 陈灿旭 1，刘茂涛 1，张志朝 2，宋述波 1 1中国南方电网超高压输电公司广州局，广州 2中国南方电网超高压输电公司，广州 Email: chencanxu@sina.com 收稿日期：2012 年12 月27 日；修回日期：2013 年1月18 日；录用日期：2013 年1月26 日 摘 要：南方电网所有直流输电系统中，±800 kV云广特高压直流首次使用了真空有载分接开关，本文首先介 绍真空有载分接开关的工作过程，然后总结分析了云广±800 kV直流输电工程中换流变分接开关 125℃闭锁调整 的原因，对其存在的风险进行深入剖析，最后提出有效的处理措施，降低云广特高压直流输电系统闭锁的风险。 关键词：特高压直流工程；换流变分接开关；125℃闭锁调整 1. 引言 云广特高压直流系统是世界范围内第一个±800 kV 特高压直流输电系统，每极采用双 12 脉动阀组串 联运行的结构形式[1-4]，每个阀组都由阀组控制系统独 立控制，双阀组由极控系统协调控制，当双阀组均处 于解锁状态时，双阀组的运行工况基本相同，阀组两 端的直流电压也基本相同。但当其中一个阀组的换流 变分接开关控制故障时，原有的平衡运行工况就会被 打破，若故障一直持续，就会加剧双阀组间的不平衡， 严重时引起阀组跳闸。自 2009 年底投运以来，多次 出现分接开关异常情况，较常见且风险较大的是分接 开关 125℃闭锁调整，本文首先介绍云广特高压直流 输电系统换流变分接开关的工作过程，接着对换流变 分接开关 125℃闭锁调整功能回路进行详细分析，然 后对其存在的风险进行深入剖析，最后提出有效处理 Copyright © 2013 Hanspub 22  ±800 kV云广直流输电系统串联双阀组换流变分接开关 125℃闭锁调整分析及处理 措施，以降低云广特高压直流输电系统闭锁风险。 2. 真空分接开关结构及工作过程 云广直流输电系统换流变电气上均为单相双绕 组换流变，而高端 HY 换流变为三主柱两旁轭的铁芯 绕组结构，其网侧有三个并联的分绕组，而其他换流 变是两柱两旁轭的铁芯绕组结构，相应网侧有两个并 联分绕组。相应的，穗东站使用 MR 公司两种参数相 似的真空分接开关，其包含若干熄弧用的主触头真空 泡，相比依靠油来灭弧的油浸式分接开关，真空分接 开关的维护量更少，灭弧性能更优，而且不会引起油 的碳化。 真空分接开关结构主要包括电动机构、分接选择 器和切换开关三部分。电动机构主要是由传动机构、 控制结构和电气控制设备、箱体等组成。分接选择器 是能承载电流，但不接通和开断电流的装置，它由级 进选择器、触头系统和转换选择器组成。真空分接开 关与油浸式分接开关最大的不同就在切换开关的结 构上，图1为从 HY 高端换流变分接开关油室内部取 出来的切换开关实物图。 2个转换 开关 主切换 触头 Figure 1. The physical map of switch in OLTC of HY highest po- tential converter transformer 图1. HY高端换流变分接开关切换开关实物图 图2中切换开关 tap n连着分接选择器中单数组 的某个奇数档位，tap n + 1连着分接选择器中双数组 的某个档位偶数档位，MC 为主回路触点，MSV、TTV 为切换回路的切换触头，MSV、TTV 实际上就是用来 熄弧的两个真空泡。TTF 和MTF 为切换回路的转换 开关。 假定分接选择器的转换选择器触点位置不变，且 分接头档位编号与分接选择器触头组标号一致，分接 头档位要从一个奇数档位 N上升到一个偶数档位 N + 1，其切换的初始状态是：分接选择器单数触头组在N 档，分接选择器偶数触头组在 N + 1档，切换开关 tap n对应的主回路导通，转换回路(MTF、MSV)和转换 回路(TTF、TTV)均连接 tap n并导通，如图 2。其动 作步骤是： 1)分接选择器偶数触头组转至 N + 1标号； 2) tap n主回路上主触点 MC 断开，tap n经MTF、 MSV 形成回路，分接头档位没有改变，如图 3； 3) MSV断开，熄弧，接着 MTF 转连 tap n + 1， tap n经TTF、TTV 形成回路，分接头档位没有改变， 如图 4； 4) MSV合上，分接头 N + 1和N形成了一个回 路，产生一个环流 Ic，其中 tap n + 1与tap n的电位 差差约为 3.7 kV，此时过渡电阻会流过一个较大的电 流，而分接头档位在不定义状态，如图 5； Figure 2. Gear switch process diagram 图2. 档位开关切换过程图 Copyright © 2013 Hanspub 23  ±800 kV云广直流输电系统串联双阀组换流变分接开关 125℃闭锁调整分析及处理 Figure 3. Gear switch process diagram 图3. 档位开关切换过程图 Figure 4. Gear switch process diagram 图4. 档位开关切换过程图 5) TTV断开，熄弧，环流消失，tap n + 1 经MTF、 MSV 形成回路，分接头档位转至 N + 1档，如图 6； 6) TTF转连 tap n + 1，TTV 合上，tap n + 1回路 主触点 MC 合上，主回路导通，档位切换完毕，如图 7。 3. 换流变分接开关 125℃闭锁调整 功能回路分析 云广直流输电工程采用了真空有载调压开关，其 Figure 5. Gear switch process diagram 图5. 档位开关切换过程图 Figure 6. Gear switch process diagram 图6. 档位开关切换过程图 具有绝缘强度要求高、熄弧时间短等优点，由于在换 流变压器有载分接开关运行试验过程中，部分换流变 分接开关发生过闪络放电，油室破裂，分接开关传动 移位的异常情况，厂家采取加装温控装置等一系列措 施后，解决了上述异常情况。如图8所示，温控装置 由装设于分接开关油室的温度传感器(PT100)测量分 接开关的油温，PT100 是利用导体本身电阻随温度变 化而变化的特性来测量温度的，即在已知电阻和温度 的关系前提下，利用测量电阻的方法来推算出温度， Copyright © 2013 Hanspub 24  ±800 kV云广直流输电系统串联双阀组换流变分接开关 125℃闭锁调整分析及处理 Copyright © 2013 Hanspub 25 B7 使得 K16励磁，通过换流变接口屏上传分接开关 115℃告警信号到组控系统。当油温达到 125℃时，B7 使得 K17 励磁，一方面也上传换流变分接开关 125℃ 闭锁信号，另一方面它可以直接作用于分接开关控制 电源，中断该台换流变的调档过程。 组控系统在从现场总线接收到换流变分接开关 125℃闭锁信号后，会判断该台换流变分接开关“Ready” 不成立，继而判断该阀组六台换流变分接开关都 “Ready”不成立，从而闭锁组控系统发出升档或降 档的命令。也就是说，若一个阀组的某台换流变发出 125℃闭锁的信号，是可以闭锁组控系统发出档位调 整的命令的，如果是在发出调整命令后发出 125℃闭 锁的信号，那么就不会影响该阀组其它相换流变的调 档，这样就会出现档位失步的故障。2011 年8月13 日，穗东换流站就曾出现此情况，当时极 2高端阀组 发出分接开关由 2档调整至3档的命令后，极 2高端 换流变角接 A相发分接开关 125℃闭锁的信号，接着 发极 2高端换流变分接开关档位不同步的信号，现场 检查发现极 2高端换流变其它各相已调整至 3档，而 极2高端换流变角接A相依然停留在 2档。 Figure 7. Gear switch process diagram 图7. 档位开关切换过程图 再将测得的温度送至 B7 温度控制器，B7 温度控制器 除了能显示分接开关的温度，还能判断分接开关的温 度有没达到告警值和闭锁值。当油温达到 115℃时， Figure 8. The principle of temperature control in OLTC 图8. 分接开关温度控制原理图  ±800 kV云广直流输电系统串联双阀组换流变分接开关 125℃闭锁调整分析及处理 4. 换流变分接开关 125℃闭锁调整风险分析 ±800 kV云广特高压直流系统采用双阀组串联的 结构形式，每个阀组都由阀组控制系统独立控制，双 阀组由极控系统协调控制。当其中一个阀组的换流变 分接开关控制故障时，原有的平衡运行工况就会被打 破，若故障一直持续，就会加剧双阀组间直流电压的 不平衡，严重时引起直流过电压保护( 59/37 DC)动作， 导致阀组跳闸[5]。具体有以下两种情况：如果在阀组 发出调整分接开关档位的命令后发出 125℃闭锁调 整，将造成本阀组分接开关失步，为防止该阀组换流 变分接开关的进一步失步，失步信号会阻止分接开关 的进一步操作，此时自动调整和远方手动调整的命令 都被闭锁，自动和手动控制模式的转换也会被闭锁， 若该故障延续下去，将导致极内双阀组电压不平衡， 有可能导致过压保护动作；如果是在调整前出现 125℃ 闭锁调整故障，将造成整个阀组分接开关没调整，导 致极内双阀组不平衡，也有可能导致过压保护动作。 因此研究恰当的处理方法，对确保云广直流乃至整个 南网系统稳定运行具有重要作用。 5. 处理换流变分接开关 125℃闭锁 调整功能的有效措施 云广直流输电系统作为南方电网西电东送主通 道，其运行状况关系到整个南方电网系统能否安全稳 定运行，对于运行过程中出现的分接开关闭锁调整的 故障且调度部门不允许立刻紧急停运直流系统的问 题，需要运行人员现场紧急处理，首先应向调度部门 申请暂停直流系统功率调整，再视情况对故障进行处 理。 对于分接头调整闭锁信号瞬时复归的且出现失 步现象时，应该是油温传感器(PT100)扰动引起的，可 以尝试将出现故障的换流变分接开关控制地点切换 至“就地”后，手动将其调整到跟其它相相同档位， 判断信号是否复归，再视情况进行功率调整。对于此 种情况，应该更换工作状态稳定的油温传感器 (PT100) 。 对于分接头调整闭锁信号未能复归且出现失步 现象时，处理方法归纳起来有以下三种： 一是将出现分接开关故障的阀组所在极的换流 其他非故障相有载分接开关调整至与故障开关同一 档位，再断开分接开关控制电源，继续调整直流功率； 二是仅将出现分接开关故障的阀组有载分接开 变有载分接开关调整至相同档位后，一般通过手动将 关固 现故障的分接开 关所 弊： 固定 同极 ， 该极 故障阀 组的 虽然没有过电压保护动作的风 险， 空有载分接开关的工作过程进行介绍， 并总 参考文献 (References) 现状及在我国的应用前景[J]. 定，此时也是通过手动将其他非故障相有载分接 开关调整至与故障开关同一档位，再断开分接开关控 制电源，然后继续调整直流功率； 三是在方法一的基础上，再将出 在极设为定电流模式，非故障极仍为定功率模 式，继续调整功率，此时将通过调整非故障极的传输 功率来调整整个系统直流系统的功率。 对于以上三种处理方法，存在以下利 1) 不管是固定一个阀组分接开关档位还是 双阀组分接开关档位，前两种方法对于直流功率 的继续调整都是存在风险的。当任一阀组因分接开关 无法调整，继续调整功率时，都会进入定 γ角控制模 式[6]，γ角增大可能烧坏阀片，且其调整功率的范围是 有限的，具体功率调整范围有待仿真实验验证； 2) 对于思路一，将双阀组分接开关档位固定后 双阀组进入定 γ角控制模式，这样可以避免因双 阀组直流电压不平衡导致过电压保护动作； 3) 对于思路二，仅固定该极出现分接开关 分接开关档位，将导致同极双阀组控制模式不 同，该极另一阀组分接开关档位可以正常调整，但因 与该极分接开关存在故障的阀组档位不同将导致同 极双阀组直流电压不平衡，有直流过电压保护动作及 损坏阀厅设备的风险，云广直流输电工程调试过程中 曾出现过类似情况； 4) 对于方法三， 但是存在入地电流较大问题，且调整功率范围也 有待考证，其可行性有待考证。 6. 总结 本文对真 结分析了云广±800 kV直流输电工程中换流变分 接开关 125℃闭锁调整的原因，对其存在的风险进行 深入剖析，最后针对实际情况提出两类处理风险的措 施，并对第二类处理措施的三种方法利弊进行权衡。 [1] 袁清云. 特高压直流输电技术 Copyright © 2013 Hanspub 26  ±800 kV云广直流输电系统串联双阀组换流变分接开关 125℃闭锁调整分析及处理 电网技术, 2005, 29(14): 1-3. [2] 陈潜, 张尧, 钟庆等. ±800 kV特高压直流输电系统运行方式 运行模式研究 程紧急停运及旁路开 压直流输电控制与保护技术的研究[J]. 电力系统 电[M]. 北京: 水利电力出 的仿真研究[J]. 继电器, 2007, 35(16): 27-32. [3] 吴俊, 周剑, 苏寅生等. 云广±800 kV直流双极 [J]. 南方电网技术, 2010, 4(4): 28-31. [4] 张爱玲, 刘涛, 李少华. 云广特高压工 关操作控制策略研究[J]. 电力系统保护与控制, 2011, 39(13): 121-125. [5] 王瑶. 特高 保护与控制, 2009, 37(15): 53-58. [6] 浙江大学直流输电科研组. 直流输 版社, 1985: 120-135. Copyright © 2013 Hanspub 27 |