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  • 頭條一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致的原因分析及改進(jìn)措施
    2022-02-22 作者:李小娣、柴斌、雷戰(zhàn)斐  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語銀川能源學(xué)院、國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司的研究人員李小娣、柴斌、雷戰(zhàn)斐,在2021年第8期《電氣技術(shù)》上撰文,介紹了特高壓換流變壓器MR分接開關(guān)調(diào)檔原理及閉鎖邏輯。針對(duì)一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致故障,深度解剖此次故障的原因,對(duì)暴露出的問題進(jìn)行分析探討,提出將分接開關(guān)油室溫度上傳至監(jiān)控后臺(tái)并增加預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)查詢的方案,為換流變壓器分接開關(guān)后續(xù)設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)提供參考。

    換流變壓器通過有載分接開關(guān)調(diào)整,長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)閥側(cè)直流電壓恒定不變、網(wǎng)側(cè)交流電壓波動(dòng)補(bǔ)償、直流系統(tǒng)降壓運(yùn)行及直流功率調(diào)整等操作功能,多數(shù)特高壓直流工程成為新能源外送的重要通道,由于實(shí)時(shí)現(xiàn)貨交易,直流功率調(diào)整異常頻繁,導(dǎo)致分接頭動(dòng)作次數(shù)頻繁,其故障率也相應(yīng)增加。

    本文通過對(duì)某換流站一起分接開關(guān)擋位不一致故障的分析研究,發(fā)現(xiàn)MR真空分接開關(guān)油室溫度超出范圍會(huì)閉鎖調(diào)檔回路,而前期工程設(shè)計(jì)并未將該溫度上傳至監(jiān)控后臺(tái),未實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全面監(jiān)視。針對(duì)這一問題,本文提出針對(duì)性的整改措施和方案,實(shí)現(xiàn)分接開關(guān)油溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能,達(dá)到全面監(jiān)視分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔回路的目的,進(jìn)一步提高換流變壓器運(yùn)維管理水平。

    1 故障情況

    2020年1月,某換流站直流功率由3 709MW降至2 500MW過程中,監(jiān)控系統(tǒng)閥組控制主機(jī)(converter control protection, CCP)12A/B報(bào)“換流變壓器分接頭同步調(diào)檔失敗”“換流變壓器分接頭不一致”,后臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)顯示極Ⅰ低端Yy-B相換流變壓器分接頭為12檔,其余5臺(tái)換流變壓器分接頭均為11檔。詳細(xì)故障報(bào)文見表1。

    現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一、二次設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查,發(fā)現(xiàn)極Ⅰ低端Yy-B相換流變壓器分接開關(guān)B7溫度傳感器顯示溫度高達(dá)134℃且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)跳變現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)立即對(duì)同類型三臺(tái)換流變壓器有載分接開關(guān)油樣進(jìn)行絕緣油耐壓值測(cè)試、油中含水量測(cè)定、油中溶解氣體分析,各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)正常。

    一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致的原因分析及改進(jìn)措施

    表1 分接開關(guān)操作時(shí)故障報(bào)文

    初步判斷為分接開關(guān)油室溫度傳感器異常,致使溫度超出正常范圍,從而閉鎖分接開關(guān)調(diào)檔回路。隨后,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)B7溫度傳感器進(jìn)行更換,更換后再次出現(xiàn)溫度異常升高的現(xiàn)象,且溫度最高升至200℃以上。通過持續(xù)觀察發(fā)現(xiàn),傳感器溫度穩(wěn)定時(shí)保持在40℃,然后循環(huán)出現(xiàn)由40℃上升至200℃的跳變現(xiàn)象,溫度跳變時(shí)對(duì)PT100電阻值進(jìn)行測(cè)量,其數(shù)值也存在跳變的情況。現(xiàn)場(chǎng)故障檢查狀況如圖1所示。

    一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致的原因分析及改進(jìn)措施

    圖1 現(xiàn)場(chǎng)故障檢查狀況

    2 原因分析

    2.1 分接開關(guān)油室溫度閉鎖調(diào)檔回路分析

    MR真空有載調(diào)壓開關(guān)電弧的熄滅均在真空泡中進(jìn)行,絕緣油只承擔(dān)冷卻和潤(rùn)滑的作用,由于在換流變壓器有載分接開關(guān)運(yùn)行試驗(yàn)過程中,分接開關(guān)頻繁動(dòng)作,溫度上升,發(fā)生過閃絡(luò)放電、油室破裂等異常情況,故MR廠家在真空型有載分接開關(guān)油室內(nèi)配置了鉑電阻PT100,利用電阻/溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系來推算油室溫度,再將溫度值傳送至溫度控制器B7,油溫高于+125℃閉鎖調(diào)檔功能原理示意圖如圖2所示。

    B7溫度傳感器內(nèi)有三副觸頭串接在控制回路中:①溫度低觸頭(-25℃);②溫度高觸頭(125℃);③運(yùn)行正常觸頭。

    當(dāng)油溫高于+125℃時(shí),溫度控制器觸頭B7:26斷開,切斷有載分接開關(guān)控制回路,致使換流變壓器有載分接開關(guān)調(diào)檔功能被閉鎖。

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    圖2

    2.2 本體接線盒檢查情況

    為進(jìn)一步確認(rèn)PT100鉑電阻值跳變的原因,技術(shù)人員對(duì)溫度傳感器本體接線盒進(jìn)行開蓋檢查,發(fā)現(xiàn)接線盒內(nèi)電路板上存在硅脂附著,硅脂的作用是涂抹在密封圈處,防止密封墊老化,使接線盒密封性能更好,但由于換流變壓器運(yùn)行發(fā)熱,使部分硅脂受熱融化后附著在電路板上,并造成電路板輕微腐蝕。

    PT100鉑電阻溫度傳感器及接線圖如圖3所示。現(xiàn)場(chǎng)將接線打開后,在本體接線盒對(duì)PT100阻值進(jìn)行測(cè)量,連接于1、2端子之間的PT100阻值為115◆,對(duì)應(yīng)溫度為40℃左右,正好與溫度傳感器穩(wěn)定時(shí)的溫度保持一致,而接于4、5端子間的備用PT100阻值為109◆,對(duì)應(yīng)溫度為24℃左右,此溫度與其他相別換流變壓器分接頭溫度傳感器測(cè)量一致,鉑電阻溫度與電阻對(duì)應(yīng)表見表2。

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    圖3 PT100鉑電阻溫度傳感器及接線圖

    因此,判斷當(dāng)前在用的PT100電阻輸出回路傳感器存在異常,導(dǎo)致溫度發(fā)生跳變,現(xiàn)場(chǎng)將電路板上硅脂清理干凈并更換至備用傳感器輸出接線端子后,溫度傳感器溫度顯示正常,手動(dòng)對(duì)分接開關(guān)進(jìn)行升、降檔操作,分接頭動(dòng)作正確。

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    表2 鉑電阻PT100溫度與電阻對(duì)應(yīng)表

    ?3 解決及防范措施?

    通過上述故障分析可知,目前MR分接開關(guān)油室絕緣油溫度只能在就地匯控柜進(jìn)行查看,并未將溫度值上送至監(jiān)控后臺(tái),導(dǎo)致運(yùn)維人員無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)換流變壓器分接開關(guān)的油室溫度及其變化趨勢(shì),不利于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障快速定位和換流變壓器健康水平的判斷。因此本文提出了兩種換流變壓器分接開關(guān)油室溫度接入后臺(tái)的方案,以供參考。

    3.1 方案一

    從分接開關(guān)本體接線盒中將備用的PT100端子用二次線引出至分接開關(guān)控制柜內(nèi),然后接入帶有輸出功能的溫度傳感器中,輸出4~20mA電流量來反映溫度大小,再將4~20mA模擬量接入閥組開關(guān)量接口(converter switch interface, CSI)柜NR1425BL測(cè)量板卡,通過CSI柜上傳至運(yùn)維人員工作站(operator work station, OWS)監(jiān)控后臺(tái)。數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖4所示。

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    圖4 數(shù)據(jù)傳輸示意圖

    分接開關(guān)油室溫度接入測(cè)量板卡后,還需要在CCP軟件程序中增加相應(yīng)的功能模塊,溫度值遙測(cè)點(diǎn)軟件示意圖如圖5所示。同時(shí),在OWS監(jiān)控界面顯示溫度并設(shè)置相應(yīng)的告警值,該告警值的范圍應(yīng)小于現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器B7的溫度范圍,起到提前預(yù)警的作用。

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    圖5 溫度值遙測(cè)點(diǎn)軟件示意圖

    3.2 方案二

    從換流變壓器分接開關(guān)本體的接線盒中,將備用的PT100監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)傳送至傳感器測(cè)量模塊,傳感器測(cè)量模塊通過RS485通信方式將數(shù)據(jù)上傳至溫度在線監(jiān)測(cè)智能電子設(shè)備(intelligent elec- tronic device, IED)內(nèi)。

    每一臺(tái)換流變壓器有載分接開關(guān)配置一臺(tái)溫度在線監(jiān)測(cè)IED,溫度在線監(jiān)測(cè)IED對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析打包,形成IEC61850規(guī)約數(shù)據(jù)包,再通過原有的光纖網(wǎng)絡(luò)將溫度數(shù)據(jù)上傳至一體化后臺(tái)界面顯示,在后臺(tái)服務(wù)器界面集中顯示,達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果,便于運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)查,系統(tǒng)構(gòu)架如圖6所示。

    一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致的原因分析及改進(jìn)措施

    圖6 系統(tǒng)構(gòu)架

    3.3 方案比較

    方案一采用硬電纜接入,原可直接利用換流變壓器原有備用芯接入CSI柜,再通過CSI柜經(jīng)光纖接入OWS監(jiān)控后臺(tái),并對(duì)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行相應(yīng)修改,但因現(xiàn)場(chǎng)換流變壓器備用芯數(shù)量不足,需重新放置電纜,施工繁雜、經(jīng)濟(jì)效益欠佳。

    方案二采用一體化監(jiān)控IED將分接開關(guān)油室溫度信號(hào)上傳,可在一體化后臺(tái)實(shí)現(xiàn)聲光告警、趨勢(shì)分析等功能。方案二利用原有一體化光纖回路,不需重新放置新的光纜,工程量較低,且新配置監(jiān)測(cè)IED具有較好的可擴(kuò)展性,后期可接入其他需監(jiān)測(cè)的量。

    綜上分析認(rèn)為,方案一在換流變壓器備用芯不足的情況下,需要重新敷設(shè)電纜,工作量大,改造費(fèi)用高,而方案二充分利用原有一體化光纖回路,且新的IED具有較好的可擴(kuò)展性,在經(jīng)濟(jì)性、施工便利性方面更適合該換流站現(xiàn)有改造條件。

    3.4 實(shí)施效果

    根據(jù)方案二進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)部署,將分接開關(guān)油室溫度上傳至監(jiān)控后臺(tái)并增加預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)查詢功能,實(shí)現(xiàn)了換流變壓器分接開關(guān)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和異常告警。圖7所示為某換流站MR分接開關(guān)油室溫度變化趨勢(shì),其溫度基本保持在25~40℃之間,與現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器顯示數(shù)據(jù)一致,達(dá)到預(yù)期的效果。

    一起換流變壓器分接開關(guān)檔位不一致的原因分析及改進(jìn)措施

    圖7 某換流站MR分接開關(guān)油室溫度變化

    ?4 結(jié)論

    本文通過對(duì)一起換流變壓器分接開關(guān)閉鎖調(diào)檔故障進(jìn)行原因分析,提出了相應(yīng)解決方案和防范措施,為其他換流站提供了參考。

    1)建議新建直流工程招投標(biāo)、設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)時(shí)要求換流變壓器廠家將分接開關(guān)油室溫度上送至監(jiān)控后臺(tái),并能實(shí)現(xiàn)預(yù)警和查閱歷史曲線的功能,便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

    2)加強(qiáng)施工工藝驗(yàn)收管控,防止接線盒硅脂因涂抹過多超出規(guī)范造成熱熔而發(fā)生異常。

    3)做好分接開關(guān)故障的事故預(yù)想,增強(qiáng)運(yùn)維人員應(yīng)急處置能力,進(jìn)一步提升事故處理的效率。

    本文編自2021年第8期《電氣技術(shù)》,論文標(biāo)題為“一起換流變壓器分接開關(guān)擋位不一致原因分析及改進(jìn)措施”,作者為李小娣、柴斌、雷戰(zhàn)斐。

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