Analysis and Treatment of Abnormal Leakage Current in a Converter Transformer Core

LI Xiao-di

摘要：文章介紹了換流變壓器有載分接開關(guān)位置變送器的工作原理，并針對(duì)某換流站換流變壓器檔位變送器BCD碼輸出信號(hào)異常原因進(jìn)行了分析，最終提出了解決措施和幾點(diǎn)建議，旨在為分接開關(guān)的運(yùn)維提供參考和借鑒。

Abstract： This paper introduces the working principle of on-load tap changer for converter transformer and the working principle of tap changer gear transmitter， analyzes the reasons for abnormal BCD code output signal of tap changer， and finally puts forward some suggestions for eliminating BCD code fault， providing reference for the operation and maintenance of tap changer.

關(guān)鍵詞：換流變壓器;分接開關(guān);檔位變送器;BCD碼

Key words： converter transformer;tap switch;gear position transmitter;BCD

中圖分類號(hào)：TM403.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）32-0231-03

0? 引言

換流變壓器均裝有有載分接開關(guān)（on-load tap-changer，OLTC），它是換流變壓器重要的組部件，通過其可以實(shí)現(xiàn)直流電壓較大幅度的分檔調(diào)節(jié)。為補(bǔ)償換流變壓器交流網(wǎng)側(cè)電壓的變化以及觸發(fā)角運(yùn)行在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以保證運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，要求有載分接開關(guān)的調(diào)壓范圍較大，特別是可能采用直流降壓模式時(shí)，要求的調(diào)壓范圍往往高達(dá)20%～30%;檔距較小，通常為1%～2%，以達(dá)到分接調(diào)節(jié)和換流器觸發(fā)角控制聯(lián)合工作時(shí)無調(diào)節(jié)死區(qū)和避免頻繁往返動(dòng)作的目的，由此帶來的調(diào)壓頻率也要高得多。一旦換流變壓器檔位變送器輸出檔位信號(hào)錯(cuò)誤，直流控制保護(hù)系統(tǒng)無法采集到正確的檔位值，此時(shí)，控制系統(tǒng)可能因?yàn)槌霈F(xiàn)大幅變化從而使保護(hù)判據(jù)得到滿足，動(dòng)作出口閉鎖直流或引起功率回降。

目前，國(guó)內(nèi)換流變壓器有載分接開關(guān)檔位信號(hào)傳輸普遍采用BCD碼上送分接頭位置至后臺(tái)。換流變壓器分接開關(guān)的BCD碼一般采用6位，前2位表示十位數(shù)，后4位表示個(gè)位數(shù)。如BCD碼000001表示1，BCD碼111001表示39。因此，若換流變分接頭數(shù)量不超過39，則都可用6位BCD碼表示。通常將BCD碼表示的2位數(shù)定義為換流變檔位，并在后臺(tái)顯示。當(dāng)執(zhí)行升檔命令時(shí)，該BCD碼表示的十進(jìn)制數(shù)增大;當(dāng)執(zhí)行降檔命令時(shí)，BCD碼表示的十進(jìn)制數(shù)減小[1]。

1? 問題提出

在某直流換流站調(diào)試期間，曾發(fā)生過兩起由于分接開關(guān)位置變送器故障導(dǎo)致分接頭不一致的情況：

①2016年7月16日，極Ⅰ低端YD/C相換流變分接開關(guān)從11檔調(diào)節(jié)到14檔，其他相換流變壓器檔位為12檔，后臺(tái)報(bào)“分接開關(guān)檔位不一致”，換流變分接頭BCD碼故障，信號(hào)瞬時(shí)清除。經(jīng)排查由于位置傳送模塊中二極管導(dǎo)通特性不良導(dǎo)致三相換流變壓器檔位不一致，致使有載分接開關(guān)調(diào)檔功能被閉鎖。

②2016年8月12日，極Ⅰ高端換流變分接開關(guān)從13檔調(diào)節(jié)到14檔，極Ⅰ高端YY/A為10檔，其它相換流變?yōu)?4檔。后臺(tái)報(bào)“分接開關(guān)檔位不一致”，換流變分接頭BCD碼故障。經(jīng)排查由于二極管矩陣故障，導(dǎo)致分接頭檔位不一致。

2? 問題分析

當(dāng)分接開關(guān)動(dòng)作時(shí)，與機(jī)構(gòu)相連的兩個(gè)圓盤電阻同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，類似于滑動(dòng)變阻器，輸出兩個(gè)相同的電阻值，送至檔位變送器，檔位變送器的主要原理是將電阻值轉(zhuǎn)換成57V的直流電壓量，送至控制保護(hù)系統(tǒng)。

2.1 分接開關(guān)檔位變送器的工作原理

換流變壓器分接開關(guān)位置變送器安裝在控制機(jī)構(gòu)下方。為便于用戶接線，位置傳送模塊安置在端子槽軌上位置傳送器裝置包括：位置傳送器、位置傳送模塊BCD[2]。

某換流站換流變壓器檔位信號(hào)是通過有載分接開關(guān)凸輪開關(guān)轉(zhuǎn)換為6位BCD碼BIT1、BIT2、BIT4、BIT8、BIT10和BIT20而計(jì)算得出，換流變壓器分接開關(guān)的BCD碼一般采用6位，前2位表示十位數(shù)，后4位表示個(gè)位數(shù)，如表1所示。其中，BCD模塊通過二極管導(dǎo)通為對(duì)應(yīng)檔位BCD碼進(jìn)行置位，導(dǎo)通時(shí)BCD碼為1，對(duì)應(yīng)電位為正電，關(guān)斷時(shí)BCD碼為0，對(duì)應(yīng)的電位為負(fù)電[3]。

圖3為位置傳送模塊BCD輸出檔位信號(hào)原理示意，+kM號(hào)端子為公共端，輸入電壓必為直流，電壓范圍DC：24～220V（不可超出此范圍，此范圍并不指輸入直流電壓的變化范圍），電流不得大于0.5A，否則可能損壞二極管模塊S61M。

2.2 位置傳送模塊導(dǎo)通特性不良

檔位變送器矩陣模塊因節(jié)點(diǎn)較多，每次分接頭變化時(shí)均需變化，故可能會(huì)出現(xiàn)不能及時(shí)返回的現(xiàn)象或返回時(shí)間點(diǎn)不一致。一個(gè)觸點(diǎn)卡澀或粘連，則可能導(dǎo)致S61M觸電不能返回，從而導(dǎo)致檔位不一致。

表2中，以2016年7月16日，“極Ⅰ低端YD/C相換流變壓器分接開關(guān)檔位值與對(duì)應(yīng)BCD碼異常變位”為例。

從表2中可見，在極Ⅰ低端YD/C相換流變壓器有載分接開關(guān)檔位由11檔（BCD碼110100）調(diào)至12檔（BCD碼001100）操作過程中，由于二極管導(dǎo)通特性不良，當(dāng)BIT1由1變0、BIT3由0變1，BCD碼BIT2位導(dǎo)通滯后一直為1，則造成有載分接開關(guān)異常突變?yōu)?4檔，與閥組內(nèi)其他正常相檔位將短時(shí)相差2檔，造成閥組內(nèi)有載分接開關(guān)三相不一致[4]。

2.3 位置傳送模塊二極管矩陣故障

位置傳送模塊也為分接頭位置發(fā)射板，通過不同的位置指示換流變實(shí)際的分接頭檔位，S61M為二極管矩陣模塊，將換流變分接頭檔位轉(zhuǎn)換為6位BCD碼，通過電纜連接將換流變A（B、C相）的BCD碼傳到對(duì)應(yīng)的換流變接口屏，從而送至控制保護(hù)系統(tǒng)。如圖3所示，極Ⅰ高端換流變分接開關(guān)從13檔調(diào)節(jié)到14檔，極Ⅰ高端YY/A為10檔，BCD碼輸出為010000;其他相換流變?yōu)?4檔，BCD碼輸出為010100。

用萬用表接于二極管模塊 S61M 的外圍接線拆除，用萬用表的二極管測(cè)量檔，用萬用表紅表筆接二極管模塊 S61M 的“1”號(hào)端子，黑表筆分別接二極管模塊的“2、3、4、5、6”端子（測(cè)開關(guān)每一檔），測(cè)量發(fā)現(xiàn)（測(cè)量結(jié)果見表3）極Ⅰ高端YY/A位置傳送BCD模塊BIT4電阻為無窮大，由于判斷分接開關(guān)實(shí)際檔位已調(diào)整完畢，BCD模塊二極管矩陣回路開路導(dǎo)致信號(hào)無法正常至控制保護(hù)系統(tǒng)，從而異常告警[5]。

3? 解決措施

3.1 軟件采樣時(shí)間調(diào)整

針對(duì)位置傳送器導(dǎo)通特性不良引起檔位突變而導(dǎo)致有載分接開關(guān)調(diào)檔功能閉鎖的問題，現(xiàn)場(chǎng)更換換流變壓器有載分接開關(guān)位置傳送模塊S61M后，但有載分接開關(guān)檔位信號(hào)仍舊存在短時(shí)跳變過程。因此，考慮在直流控制保護(hù)系統(tǒng)中信號(hào)采樣檔位回路中增加一個(gè)延時(shí)模塊（延時(shí)500ms），使短時(shí)間內(nèi)程序中當(dāng)前檔位值能保存住，可躲過二極管導(dǎo)通特性不良導(dǎo)致相應(yīng)BIT位不能及時(shí)轉(zhuǎn)變的問題，從而得到BCD模塊完全變位后有載分接開關(guān)目標(biāo)檔位值，從而避免由于BCD模塊的固有特性導(dǎo)致分接頭不一致[6]。

3.2 更換位置傳送模塊

測(cè)量發(fā)現(xiàn)極Ⅰ高端YY/A位置傳送BCD模塊BIT8電阻為無窮大，BCD模塊輸出信號(hào)為BCD碼輸出為010000，實(shí)際應(yīng)為14檔，BCD碼輸出為010100。

更換位置傳送模塊S61M后，后臺(tái)檔位信號(hào)顯示14檔，故障報(bào)文復(fù)歸。

4? 結(jié)語

綜上所述，提出以下幾點(diǎn)建議：

①在設(shè)計(jì)入網(wǎng)階段，嚴(yán)格規(guī)定位置信號(hào)變送器的技術(shù)要求，為無源觸點(diǎn)信號(hào)時(shí)，觸點(diǎn)應(yīng)無抖動(dòng)，輸出觸點(diǎn)時(shí)間不得滯后于輸入時(shí)間500ms以上;模擬量電壓信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換，模擬量輸出信號(hào)穩(wěn)定，誤差不大于5%。

②在換流站年度檢修期間，將換流變壓器位置傳送模塊的檢查、驗(yàn)證作為專項(xiàng)檢查內(nèi)容，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析各臺(tái)換流變分接開關(guān)的BCD碼的運(yùn)行情況。

③改進(jìn)、加強(qiáng)換流變壓器檔位和檔位至變送器的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)是否有異常信號(hào)，主要是檔位信號(hào)的躍變情況監(jiān)視。

參考文獻(xiàn)：

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[3]換流站換流變壓器分接開關(guān)維護(hù)手冊(cè)[M].德國(guó)：MR公司，2016.

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[5]楊先義.主變檔位與監(jiān)控系統(tǒng)、VQC的接口方式及比較[J].繼電器，2003（07）：90-92.

[6]牛利濤，彭金寧，兀鵬越，何信林，汪成根.由一起同期事故談同期系統(tǒng)引入主變檔位的必要性[J].電氣時(shí)代，2013（12）：82-84.

作者簡(jiǎn)介：李小娣（1989-），女，甘肅蘭州人，助教，學(xué)士，研究方向?yàn)殡姎夤こ獭?/p>