换流变压器分接头档位远方显示异常隐患分析

1 引言

坐落于江苏省常州市的政平换流站，直流电压±500千伏，双极额定输送容量3000兆瓦，是三峡电力外送的重要标志性工程，它承担着三峡左岸电厂首批发电的四台水轮机组的电力外送任务。其安全稳定运行，缓解了华东地区的用电紧张局面，在保证三峡电力可靠外送方面发挥了重要作用。

换流变作为直流换流站的核心设备之一，其分接头的分档调节功能，可以实现对AC、DC系统电压大范围的分档调节。换流变分接头信号变送器或电阻盘发生故障时，有可能导致自动控制状态下的TCC分接头再同步功能误动，造成换流变零序电流保护动作导致极闭锁。

2 换流变分接头档位信号传送原理分析

2.1分接头正常动作过程分析

换流变的有载调压由极控主机的TCC功能块完成。TCC的目的是维持触发角a，熄弧角g和直流电压Ud在给定的参考值。在正常运行时，整流侧的有载调压开关用来维持正常触发角;逆变器的有载调压开关用来维持正常的直流电压。由于有载调压开关是步进动作，触发角a，熄弧角g和直流电压控制设置了合适的死区以避免分接头频繁往复动作。

正常调节时，控制系统发出升(降)分接头指令，6台换流变同时动作，事件记录会出现下述三条事件：

Tap changer operating：表示任一台换流变分接头开始动作

Tap changer in progress：表示6台换流变同时处在动作过程中

Tap changer ok：表示任一台换流变分接头动作完成

2.2 分接头档位上送和指令下达原理分析

分接头调节连杆带动机构箱中的电阻盘转动，在不同的档位上，电阻盘输出不同的电阻(10Ω一挡，分接头从-2～26档对应290Ω～10Ω)，电阻值被输入双重化的测量变送器中转换成4-20mA的电流信号，再送入TCI柜的采样板PS868板，在采样板中进行模数转换后变压器档位信号又通过CAN总线送入极控主机，极控主机中的TCC程序根据运行电压、角度、当前变压器档位等信息作出升降分接头的判断，并通过CAN总线把调节指令送至TCI柜的PS853板，PS853板开出110V指令驱动变压器分接头调节继电器。分接头电阻盘通过就地测量变送器将电阻值变换为电流量，现场测量变送器共有两个，即下图中的U5和U7：

图二 就地变送器接线回路图

U5和U7两个变送器型号一致，但输入信号有差异：U5的输入为来自档位电阻盘的电阻值，输出为4-20mA的电流(即U5为电阻值输入，电流值输出);U7的输入则来自U5的输出，其输出值也为4-20mA的电流(即U7为电流值输入，电流值输出);从这儿可以发现，如果U5故障其输出值不准确，其必然也会导致U7的输出值不准确。

极控制保护系统通过PS868板卡采集现场测量变送器传输的电流信号，经过运算变换成档位值(现场分接头的-2～26档对应于OWS显示的29～1档)，以Y换流变A相为例，具体的运算公式如下。

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

3 分接头同步信号分析

3.1 允许分接头升降指令分析

根据ABB设计的程序逻辑，允许分接头升档的条件有：

1) 直流线路电压测量无异常;

2) 无保护(包括大角度监视和电压应力保护)出口禁止分接头升档信号;

3)分接头未处于调档状态;

4)IDNC*4015.154≤9000A

5) 六台换流变分接头档位平均值未处于29档或者六台分接头档位不相同。

以上五个条件全部满足时，允许分接头进行升档。

根据ABB设计的程序逻辑，允许分接头降档的条件有：

1) 分接头未处于调档状态;

2) IDNC*4015.154≤9000A

3) 六台换流变分接头档位平均值未处于1档或者六台分接头档位不相同。

以上三个条件全部满足时，允许分接头进行降档。

3.2 分接头再同步指令分析

分接头再同步指令分为本极的再同步指令和双极的再同步指令。

根据ABB设计的程序逻辑，若要Y换流变分接头自动升降档位，则需满足一下几个条件：

1)同极的六台换流变中，任何一台的档位信号与其它五台的档位信号不一致;

2)分接头控制处于自动位置;

3)ALLOWRESYNC信号为1，该信号在软件中，常置1;

4)Y换流变的分接头档位与六台换流变档位平均值TCP不一致。

当以上四个条件同时满足时，发送换流变自动同步的升档或降档指令。

以升档指令为例，根据ABB设计的程序逻辑，发出双极再同步指令需要满足以下几个条件：

1)经过直流电压比较，使INC_BIP信号为1;

2)本极分接头不同步;

3)本极与对极分接头平均值仅相差1档;

4)对极分接头平均值比本极大;

5)分接头处于自动控制位置;

6)极间通讯正常。

当以上6个条件同时满足时，发出双极升档指令。

3.3 下面以YA相换流变分接头降档指令为例，阐述其原理。

根据ABB设计的程序逻辑，要发出YA相换流变分接头降档指令，必须满足以下几个条件：

1)RESETL1_Y为0，即允许分接头动作;

2)无分接头升档指令;

3)分接头档位在1-29之间;

4)PERM_DEC为1，即允许分接头降档;

在以上四个条件同时满足的前提下，以下几个条件满足任何一个，均将执行分接头降档指令：

1)有本极再同步的降分接头指令;

2)有双极再同步的降分接头指令;

3)因电压或者熄弧角过大，而产生降分接头指令;

4)控制台执行手动降分接头指令;

5)因大角度监视或电压应力保护产生降分接头指令。

4、当前存在的隐患

当分接头电阻盘接触电阻异常或者U5变送器故障等原因，造成传输到极控A/B系统的分接头采集量同时错误。如果采集的错误变量超出量程，即小于1或者大于29(OWS界面上的档位)，程序逻辑将屏蔽分接头动作指令，使之不能升档或降档，这时故障现象并不会导致极闭锁。

但是，举例来说，当六台分接头正常运行，处于26档时，因为分接头电阻盘接触电阻异常或者U5变送器故障等原因，假设使得YA相分接头档位传输信号变为23档，则六台换流变档位平均值TCP=25，此时极控系统将对YA相换流变下达升档指令，对其它相换流变执行降档指令，使六台换流变平均值TCP向25靠拢。但实际上六台换流变均处于26档，第一次再同步执行分接头升档和降档指令后，YA相会从实际26档升至实际27档(对应于控保系统，认为其从23档升至24档)，其他相则会降至25档，此时系统中TCP=24;之后第二次再同步执行分接头升档和降档指令后，YA相档位仍保持为27档(对应控保系统中认为其为24档)，其他相则从25档降至24档，此时档差达到3档(27-24)，这将有可能产生零序电流引起保护动作引发极闭锁。

当全压运行时，分接头档位处于26档左右;降压运行时，分接头档位处于1档。这两种情况下，如果某相换流变分接头远传信号突变，使之与正常值相差3档及以上，将使分接头动作，产生过大零序电流，造成MC2中换流变零序电流保护动作，闭锁直流。

5、反措或改进建议

方案1：最优

在TCCPERM.HGF程序页面增加与逻辑，将单相换流变分接头TCP_LX与六台换流变分接头平均值TCP1(TCP1为浮点型变量，而TCP为整型变量)的差值引入，参与PERM_INC和PERM_DEC逻辑运算。当|TCP1-TCP_LX|>0.5，则发告警，并屏蔽PERM_INC和PERM_DEC逻辑运算。之后由运行人员现场核对后视情况执行手动升降档操作。

方案2：定值的确定较困难

系统中对零序电流进行实时计算，当发现换流变零序电流值超过一定值时，则屏蔽PERM_INC和PERM_DEC逻辑运算。之后由运行人员现场核对后视情况执行手动升降档操作。当然该定值需进行系统整定计算。

方案3：费用高，改动大

每台换流变对应增加PS851板用于引入该台换流变的档位的BCD码，这样就可以将BCD码的档位指示与PS868板的4-20mA电流计算获取档位的进行比较，如果两者不一致，则屏蔽PERM_INC和PERM_DEC逻辑运算。之后由运行人员现场核对后视情况执行手动升降档操作。