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 （TCC Overview）可知道换流变分接头在自动位置时有三种调节方式：图1 TCC Overview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2 ETCS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4 OLTC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5 OLTC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（step by step）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2009-8-28 13:08，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2009.08.28 13:08:12:781P01 Line Fault LocatorLine Fault Indication Other Station, Pole 12009.08.28 13:08:12:781P01 Line Fault LocatorDistance to Line Fault Calculated, 206.5 km2009.08.28 13:08:13:187PoleOrder Red. Voltage From Other Station2009.08.28 13:08:13:194Reference CalculatorReduced DC Voltage2009.08.28 13:08:24:355Converter TransformerAll Tap Changers Stepped To Position282009.08.28 13:08:36:556Converter TransformerAll Tap Changers Stepped To Position 1其故障录波图如下：γ从17°增到到70°，UDL瞬降至0kV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I 900MW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。