換流變壓器分接頭檔位遠(yuǎn)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(biāo)志性工程，它承擔(dān)著三峽左岸電廠首批發(fā)電的四臺(tái)水輪機(jī)組的電力外送任務(wù)。其安全穩(wěn)定運(yùn)行，緩解了華東地區(qū)的用電緊張局面，在保證三峽電力可靠外送方面發(fā)揮了重要作用。

換流變作為直流換流站的核心設(shè)備之一，其分接頭的分檔調(diào)節(jié)功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)AC、DC系統(tǒng)電壓大范圍的分檔調(diào)節(jié)。換流變分接頭信號(hào)變送器或電阻盤發(fā)生故障時(shí)，有可能導(dǎo)致自動(dòng)控制狀態(tài)下的TCC分接頭再同步功能誤動(dòng)，造成換流變零序電流保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致極閉鎖。

2 換流變分接頭檔位信號(hào)傳送原理分析

2.1分接頭正常動(dòng)作過程分析

換流變的有載調(diào)壓由極控主機(jī)的TCC功能塊完成。TCC的目的是維持觸發(fā)角a，熄弧角g和直流電壓Ud在給定的參考值。在正常運(yùn)行時(shí)，整流側(cè)的有載調(diào)壓開關(guān)用來維持正常觸發(fā)角;逆變器的有載調(diào)壓開關(guān)用來維持正常的直流電壓。由于有載調(diào)壓開關(guān)是步進(jìn)動(dòng)作，觸發(fā)角a，熄弧角g和直流電壓控制設(shè)置了合適的死區(qū)以避免分接頭頻繁往復(fù)動(dòng)作。

正常調(diào)節(jié)時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出升(降)分接頭指令，6臺(tái)換流變同時(shí)動(dòng)作，事件記錄會(huì)出現(xiàn)下述三條事件：

Tap changer operating：表示任一臺(tái)換流變分接頭開始動(dòng)作

Tap changer in progress：表示6臺(tái)換流變同時(shí)處在動(dòng)作過程中

Tap changer ok：表示任一臺(tái)換流變分接頭動(dòng)作完成

2.2 分接頭檔位上送和指令下達(dá)原理分析

分接頭調(diào)節(jié)連桿帶動(dòng)機(jī)構(gòu)箱中的電阻盤轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)應(yīng)290Ω～10Ω)，電阻值被輸入雙重化的測量變送器中轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號(hào)，再送入TCI柜的采樣板PS868板，在采樣板中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后變壓器檔位信號(hào)又通過CAN總線送入極控主機(jī)，極控主機(jī)中的TCC程序根據(jù)運(yùn)行電壓、角度、當(dāng)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(diào)節(jié)指令送至TCI柜的PS853板，PS853板開出110V指令驅(qū)動(dòng)變壓器分接頭調(diào)節(jié)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(xiàn)場測量變送器共有兩個(gè)，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(gè)變送器型號(hào)一致，但輸入信號(hào)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(fā)現(xiàn)，如果U5故障其輸出值不準(zhǔn)確，其必然也會(huì)導(dǎo)致U7的輸出值不準(zhǔn)確。

極控制保護(hù)系統(tǒng)通過PS868板卡采集現(xiàn)場測量變送器傳輸?shù)碾娏餍盘?hào)，經(jīng)過運(yùn)算變換成檔位值(現(xiàn)場分接頭的-2～26檔對(duì)應(yīng)于OWS顯示的29～1檔)，以Y換流變A相為例，具體的運(yùn)算公式如下。

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

3 分接頭同步信號(hào)分析

3.1 允許分接頭升降指令分析

根據(jù)ABB設(shè)計(jì)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(hù)(包括大角度監(jiān)視和電壓應(yīng)力保護(hù))出口禁止分接頭升檔信號(hào);

3)分接頭未處于調(diào)檔狀態(tài);

4)IDNC*4015.154≤9000A

5) 六臺(tái)換流變分接頭檔位平均值未處于29檔或者六臺(tái)分接頭檔位不相同。

以上五個(gè)條件全部滿足時(shí)，允許分接頭進(jìn)行升檔。

根據(jù)ABB設(shè)計(jì)的程序邏輯，允許分接頭降檔的條件有：

1) 分接頭未處于調(diào)檔狀態(tài);

2) IDNC*4015.154≤9000A

3) 六臺(tái)換流變分接頭檔位平均值未處于1檔或者六臺(tái)分接頭檔位不相同。

以上三個(gè)條件全部滿足時(shí)，允許分接頭進(jìn)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(jù)ABB設(shè)計(jì)的程序邏輯，若要Y換流變分接頭自動(dòng)升降檔位，則需滿足一下幾個(gè)條件：

1)同極的六臺(tái)換流變中，任何一臺(tái)的檔位信號(hào)與其它五臺(tái)的檔位信號(hào)不一致;

2)分接頭控制處于自動(dòng)位置;

3)ALLOWRESYNC信號(hào)為1，該信號(hào)在軟件中，常置1;

4)Y換流變的分接頭檔位與六臺(tái)換流變檔位平均值TCP不一致。

當(dāng)以上四個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，發(fā)送換流變自動(dòng)同步的升檔或降檔指令。

以升檔指令為例，根據(jù)ABB設(shè)計(jì)的程序邏輯，發(fā)出雙極再同步指令需要滿足以下幾個(gè)條件：

1)經(jīng)過直流電壓比較，使INC_BIP信號(hào)為1;

2)本極分接頭不同步;

3)本極與對(duì)極分接頭平均值僅相差1檔;

4)對(duì)極分接頭平均值比本極大;

5)分接頭處于自動(dòng)控制位置;

6)極間通訊正常。

當(dāng)以上6個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，發(fā)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(jù)ABB設(shè)計(jì)的程序邏輯，要發(fā)出YA相換流變分接頭降檔指令，必須滿足以下幾個(gè)條件：

1)RESETL1_Y為0，即允許分接頭動(dòng)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(gè)條件同時(shí)滿足的前提下，以下幾個(gè)條件滿足任何一個(gè)，均將執(zhí)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(chǎn)生降分接頭指令;

4)控制臺(tái)執(zhí)行手動(dòng)降分接頭指令;

5)因大角度監(jiān)視或電壓應(yīng)力保護(hù)產(chǎn)生降分接頭指令。

4、當(dāng)前存在的隱患

當(dāng)分接頭電阻盤接觸電阻異?；蛘遀5變送器故障等原因，造成傳輸?shù)綐O控A/B系統(tǒng)的分接頭采集量同時(shí)錯(cuò)誤。如果采集的錯(cuò)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(dòng)作指令，使之不能升檔或降檔，這時(shí)故障現(xiàn)象并不會(huì)導(dǎo)致極閉鎖。

但是，舉例來說，當(dāng)六臺(tái)分接頭正常運(yùn)行，處于26檔時(shí)，因?yàn)榉纸宇^電阻盤接觸電阻異?；蛘遀5變送器故障等原因，假設(shè)使得YA相分接頭檔位傳輸信號(hào)變?yōu)?3檔，則六臺(tái)換流變檔位平均值TCP=25，此時(shí)極控系統(tǒng)將對(duì)YA相換流變下達(dá)升檔指令，對(duì)其它相換流變執(zhí)行降檔指令，使六臺(tái)換流變平均值TCP向25靠攏。但實(shí)際上六臺(tái)換流變均處于26檔，第一次再同步執(zhí)行分接頭升檔和降檔指令后，YA相會(huì)從實(shí)際26檔升至實(shí)際27檔(對(duì)應(yīng)于控保系統(tǒng)，認(rèn)為其從23檔升至24檔)，其他相則會(huì)降至25檔，此時(shí)系統(tǒng)中TCP=24;之后第二次再同步執(zhí)行分接頭升檔和降檔指令后，YA相檔位仍保持為27檔(對(duì)應(yīng)控保系統(tǒng)中認(rèn)為其為24檔)，其他相則從25檔降至24檔，此時(shí)檔差達(dá)到3檔(27-24)，這將有可能產(chǎn)生零序電流引起保護(hù)動(dòng)作引發(fā)極閉鎖。

當(dāng)全壓運(yùn)行時(shí)，分接頭檔位處于26檔左右;降壓運(yùn)行時(shí)，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(yuǎn)傳信號(hào)突變，使之與正常值相差3檔及以上，將使分接頭動(dòng)作，產(chǎn)生過大零序電流，造成MC2中換流變零序電流保護(hù)動(dòng)作，閉鎖直流。

5、反措或改進(jìn)建議

方案1：最優(yōu)

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(tái)換流變分接頭平均值TCP1(TCP1為浮點(diǎn)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(yùn)算。當(dāng)|TCP1-TCP_LX|>0.5，則發(fā)告警，并屏蔽PERM_INC和PERM_DEC邏輯運(yùn)算。之后由運(yùn)行人員現(xiàn)場核對(duì)后視情況執(zhí)行手動(dòng)升降檔操作。

方案2：定值的確定較困難

系統(tǒng)中對(duì)零序電流進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，當(dāng)發(fā)現(xiàn)換流變零序電流值超過一定值時(shí)，則屏蔽PERM_INC和PERM_DEC邏輯運(yùn)算。之后由運(yùn)行人員現(xiàn)場核對(duì)后視情況執(zhí)行手動(dòng)升降檔操作。當(dāng)然該定值需進(jìn)行系統(tǒng)整定計(jì)算。

方案3：費(fèi)用高，改動(dòng)大

每臺(tái)換流變對(duì)應(yīng)增加PS851板用于引入該臺(tái)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(jì)算獲取檔位的進(jìn)行比較，如果兩者不一致，則屏蔽PERM_INC和PERM_DEC邏輯運(yùn)算。之后由運(yùn)行人員現(xiàn)場核對(duì)后視情況執(zhí)行手動(dòng)升降檔操作。

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