一起换流变压器分接开关档位不一致原因分析及改进措施

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银川能源学院、国网宁夏电力有限公司检修公司的研究人员李小娣、柴斌、雷战斐，在2021年第8期《电气技术》上撰文，介绍了特高压换流变压器MR分接开关调档原理及闭锁逻辑。针对一起换流变压器分接开关档位不一致故障，深度解剖此次故障的原因，对暴露出的问题进行分析探讨，提出将分接开关油室温度上传至监控后台并增加预警、历史数据查询的方案，为换流变压器分接开关后续设计及运行维护提供参考。

换流变压器通过有载分接开关调整，长期实现阀侧直流电压恒定不变、网侧交流电压波动补偿、直流系统降压运行及直流功率调整等操作功能，多数特高压直流工程成为新能源外送的重要通道，由于实时现货交易，直流功率调整异常频繁，导致分接头动作次数频繁，其故障率也相应增加。

本文通过对某换流站一起分接开关档位不一致故障的分析研究，发现MR真空分接开关油室温度超出范围会闭锁调档回路，而前期工程设计并未将该温度上传至监控后台，未实现设备状态全面监视。针对这一问题，本文提出针对性的整改措施和方案，实现分接开关油温实时监测和预警功能，达到全面监视分接开关闭锁调档回路的目的，进一步提高换流变压器运维管理水平。

1  故障情况

2020年1月，某换流站直流功率由3 709MW降至2 500MW过程中，监控系统阀组控制主机（converter control protection, CCP）12A/B报“换流变压器分接头同步调档失败”“换流变压器分接头不一致”，后台及现场显示极Ⅰ低端Yy-B相换流变压器分接头为12档，其余5台换流变压器分接头均为11档。详细故障报文见表1。

现场对一、二次设备进行详细检查，发现极Ⅰ低端Yy-B相换流变压器分接开关B7温度传感器显示温度高达134℃且数据呈现跳变现象。现场立即对同类型三台换流变压器有载分接开关油样进行绝缘油耐压值测试、油中含水量测定、油中溶解气体分析，各项数据指标正常。

表1  分接开关操作时故障报文

初步判断为分接开关油室温度传感器异常，致使温度超出正常范围，从而闭锁分接开关调档回路。随后，现场对B7温度传感器进行更换，更换后再次出现温度异常升高的现象，且温度最高升至200℃以上。通过持续观察发现，传感器温度稳定时保持在40℃，然后循环出现由40℃上升至200℃的跳变现象，温度跳变时对PT100电阻值进行测量，其数值也存在跳变的情况。现场故障检查状况如图1所示。

图1  现场故障检查状况

2  原因分析

2.1  分接开关油室温度闭锁调档回路分析

MR真空有载调压开关电弧的熄灭均在真空泡中进行，绝缘油只承担冷却和润滑的作用，由于在换流变压器有载分接开关运行试验过程中，分接开关频繁动作，温度上升，发生过闪络放电、油室破裂等异常情况，故MR厂家在真空型有载分接开关油室内配置了铂电阻PT100，利用电阻/温度对应关系来推算油室温度，再将温度值传送至温度控制器B7，油温高于+125℃闭锁调档功能原理示意图如图2所示。B7温度传感器内有三副触头串接在控制回路中：①温度低触头（-25℃）；②温度高触头（125℃）；③运行正常触头。

当油温高于+125℃时，温度控制器触头B7:26断开，切断有载分接开关控制回路，致使换流变压器有载分接开关调档功能被闭锁。

图2  油温高于+125℃闭锁调档功能原理示意图

2.2  本体接线盒检查情况

为进一步确认PT100铂电阻值跳变的原因，技术人员对温度传感器本体接线盒进行开盖检查，发现接线盒内电路板上存在硅脂附着，硅脂的作用是涂抹在密封圈处，防止密封垫老化，使接线盒密封性能更好，但由于换流变压器运行发热，使部分硅脂受热熔化后附着在电路板上，并造成电路板轻微腐蚀。

PT100铂电阻温度传感器及接线图如图3所示。现场将接线打开后，在本体接线盒对PT100阻值进行测量，连接于1、2端子之间的PT100阻值为115，对应温度为40℃左右，正好与温度传感器稳定时的温度保持一致，而接于4、5端子间的备用PT100阻值为109，对应温度为24℃左右，此温度与其他相别换流变压器分接头温度传感器测量一致，铂电阻温度与电阻对应表见表2。

图3  PT100铂电阻温度传感器及接线图

因此，判断当前在用的PT100电阻输出回路传感器存在异常，导致温度发生跳变，现场将电路板上硅脂清理干净并更换至备用传感器输出接线端子后，温度传感器温度显示正常，手动对分接开关进行升、降档操作，分接头动作正确。

表2  铂电阻PT100温度与电阻对应表

3  解决及防范措施

通过上述故障分析可知，目前MR分接开关油室绝缘油温度只能在就地汇控柜进行查看，并未将温度值上送至监控后台，导致运维人员无法实时监测换流变压器分接开关的油室温度及其变化趋势，不利于对现场故障快速定位和换流变压器健康水平的判断。因此本文提出了两种换流变压器分接开关油室温度接入后台的方案，以供参考。

3.1  方案一

从分接开关本体接线盒中将备用的PT100端子用二次线引出至分接开关控制柜内，然后接入带有输出功能的温度传感器中，输出4～20mA电流量来反映温度大小，再将4～20mA模拟量接入阀组开关量接口（converter switch interface, CSI）柜NR1425BL测量板卡，通过CSI柜上传至运维人员工作站（operator work station, OWS）监控后台。数据传输示意图如图4所示。

图4  数据传输示意图

分接开关油室温度接入测量板卡后，还需要在CCP软件程序中增加相应的功能模块，温度值遥测点软件示意图如图5所示。同时，在OWS监控界面显示温度并设置相应的告警值，该告警值的范围应小于现场温度传感器B7的温度范围，起到提前预警的作用。

图5  温度值遥测点软件示意图

3.2  方案二

从换流变压器分接开关本体的接线盒中，将备用的PT100监测到的温度数据传送至传感器测量模块，传感器测量模块通过RS485通信方式将数据上传至温度在线监测智能电子设备（intelligent elec- tronic device, IED）内。每一台换流变压器有载分接开关配置一台温度在线监测IED，温度在线监测IED对数据进行分析打包，形成IEC61850规约数据包，再通过原有的光纤网络将温度数据上传至一体化后台界面显示，在后台服务器界面集中显示，达到实时监测效果，便于运行人员实时监查，系统构架如图6所示。

图6  系统构架

3.3  方案比较

方案一采用硬电缆接入，原可直接利用换流变压器原有备用芯接入CSI柜，在通过CSI柜经光纤接入OWS监控后台，并对控制系统软件进行相应修改，但因现场换流变压器备用芯数量不足，需重新放置电缆，施工繁杂、经济效益欠佳。

方案二采用一体化监控IED将分接开关油室温度信号上传，可在一体化后台实现声光告警、趋势分析等功能。方案二利用原有一体化光纤回路，不需重新放置新的光缆，工程量较低，且新配置监测IED具有较好的可扩展性，后期可接入其他需监测的量。

综上分析认为，方案一在换流变压器备用芯不足的情况下，需要重新敷设电缆，工作量大，改造费用高，而方案二充分利用原有一体化光纤回路，且新的IED具有较好的可扩展性，在经济性、施工便利性方面更适合该换流站现有改造条件。

3.4  实施效果

根据方案二进行现场部署，将分接开关油室温度上传至监控后台并增加预警、历史数据查询功能，实现了换流变压器分接开关温度的实时监测和异常告警。图7所示为某换流站MR分接开关油室温度变化趋势，其温度基本保持在25～40℃之间，与现场温度传感器显示数据一致，达到预期的效果。

图7  某换流站MR分接开关油室温度变化趋势

4  结论

本文通过对一起换流变压器分接开关闭锁调档故障进行原因分析，提出了相应解决方案和防范措施，为其他换流站提供了参考。

1）建议新建直流工程招投标、设计联络会时要求换流变压器厂家将分接开关油室温度上送至监控后台，并能实现预警和查阅历史曲线的功能，便于现场运维人员的实时监控。

2）加强施工工艺验收管控，防止接线盒硅脂因涂抹过多超出规范造成热熔而发生异常。

3）做好分接开关故障的事故预想，增强运维人员应急处置能力，进一步提升事故处理的效率。

本文编自2021年第8期《电气技术》，论文标题为“一起换流变压器分接开关档位不一致原因分析及改进措施”，作者为李小娣、柴斌、雷战斐。