高压直流换流站分合闸控制装置故障分析

牛峥

【摘要】本文以分合闸控制装置的概述作为切入点，简要阐述装置的控制办法，并分析装置故障情况，最后提出故障排除的方法。

【关键词】高压直流换流站;分合闸控制装置;故障分析

引言

正常情况，当断路器分合闸时三相操作也会同步进行，但是分合闸的瞬间却会有一定的变化情况。当变压器出现负载时，直流分量的较高涌流以及操作电压也会随着一起产生，导致设备和系统被破坏。为了减少这种破坏的影响力，从直流工程起，分合闸控制装置就应用到高压直流换流站中，其目的控制单相或者三相断路器中分闸以及合闸的顺序，减少上述冲击。

一、分合闸控制装置简介

在分合闸装置中，断路器的分/合命令是通过两路输入分开接受的，而各相间的投切时间，外部参数通过其他传感器传输过来的输入值，都是由3个自适应输入检测。分合闸控制装置的输入/出示意图如图1所示。其中一个重要的外部参数就是参考电压，其数值的确定是来源于断路器电源上TV的A相。如果自适应输入检测到参考电压是0，那么分合闸控制装置接收到来自输入量的分/合闸命令的时候，其处理器会开始计时。如果计时时间到了设定的延时之后，分合闸控制装置就会向断路器中分合闸线圈发送投入命令。利用自适应功能，分合闸控制装置会把某次投切每相的相位进行记载，同时会按照和期望值之间的相位差，把下次的投切延时进行自动调整。

图1 分合闸控制装置的输入/出示意图

（一）合闸顺序

分合闸装置在投入使用之前，应把每相之间的时间间隔进行相关的设置，因为最好投切的相位未必就和断路器的每相之间的顺序相同。正常情况下，最好投切的相位和这个相的电压相关。如果这个相的电压作为参考电压，那么装置投入相和参考电压之间的时间间隔就由这个相的电压和投切相决定。分合闸控制装置的合闸顺序如图2所示。

图2 分合闸控制装置的合闸顺序

合闸顺序图中，参考电压是uref ;断口电压是ug;断口绝缘强度是ubd;回路电流是i。tD1是装置使用前参考电压为0时和理论投切时刻之间的时间间隔;tD2是断路器操作时分合闸时间的偏差;合闸之前会产生预起弧，相比电流产生的时间，合闸触头实际接触的时间要晚一些，这个延迟时间就是tD3。

从图2可以得知，tD1在A相上是0ms，在B相上是6.7ms，在C相是3.3ms，相对的相角分别是0o、120o、60o。

断路器运行的时候，不仅机械分合闸会占据时间，还有其偏差的时间。从理论上来看，与延迟合闸相比，过早合闸后会产生较大的冲击电压，因此即使最合适的合闸相位还是会产生延迟。

（二）分闸顺序

与合闸比较而言，分闸在熄弧时间上更长，为了防止再次燃弧或重新产生冲击，就需要断路器的触头在电压到了过零点后就必须马上分开。分合闸控制装置中分闸顺序如图3所示。

图3 分合闸控制装置的分闸顺序

tˊD1是电压过零点和某相电流过零点之间的时间间隔;tˊD2是断路器的分开时间和最近电流过零点之间的时间间隔一半。把A相电压当作参考电压且从0开始， tˊD1在A相上是5ms，在B相上是11.7ms，在C相上是8.3ms，相对的相角分别是90o、210o、150o。从图3中可以看出，tˊD2延时在A、B、C三相是数值基本一致。

二、分合闸控制装置的控制办法

根据分合闸控制分闸和合闸顺序的分析，其控制办法主要是看三相之间的相角控制。下面从两种断路器中分合闸控制装置的控制办法进行分析，即交流滤波器小组的断路器和变压器进线的断路器。首先交流滤波器小组的断路器由分合闸控制装置控制合闸时，根据A—B—C相隔60o（大概3.33ms）的顺序进行控制;交流滤波器小组的断路器由分合闸控制装置控制分闸时，根据A—B—C相隔120o（大概6.6ms）的顺序进行控制。其次，变压器进线的断路器由分合闸装置控制其分合有利于减小励磁涌流。变压器进线的断路器合闸由分合闸装置控制时，根据A相首先合闸，C、B相同时合闸，其合闸的控制顺序是和A相合闸时间相隔90o（大概5ms）;变压器进线的断路器分闸由分合闸装置控制时，根据A—B—C相隔60o（大概3.3ms）的顺序进行控制。

三、分合闸装置故障情况分析

分合闸控制装置还可以当作一些短路器的故障警报器，如果断路器产生故障就会发出警报。分合闸控制装置出现问题，除了会导致装置自身故障之外，还会影响断路器出现故障，因此为了防止断路器故障产生严重事故，就有必要对分合闸控制装置产生故障的原因进行认真地分析。

（一）分合闸装置故障报警的原因和处理办法

1、装置电源消失。这种故障只要恢复电源报警就会消失。

2、程序丢失。这种故障会导致触发ALARM灯亮，装置报警，分合闸控制装置显示器上会显示“WATCHDOG ERROR PROGRAM STOPPED FEFER TO MA—NUAL”。此时就需要把装置复归，然后再检查设定值，该报警就会消失。

3、计算时间和之前设定值有偏差。这种情况之下ALARM灯亮，装置会显示“EEPROM ERROR PROGRAM STOPP ED FEFER T O MANUAL”。处理办法只需重新出入设定值即可。

4、某相两次完成投切的时间差超过3.5ms，ALARM灯亮，装置报警，装置会显示“TIME DEV. >”。根据实际工作经验来看，这种报警可能因断路器操作回路出现故障，是需要重点检查的故障。处理办法是分别检查断路器的合闸和分闸时间。

5、某相两次完成投切的时间差超过2ms但低于3.5ms，装置会显示“TIME DEV. <”，这种报警需要有待确认。

6、合闸后，装置在750ms内未检测到电流，ALARM灯亮，装置报警，装置显示“NO RESP”。这种故障之下，装置的自适应功能会失效，需要对外部电流的回路进行检查。

7、在检查装置时交流母线电压未被检测到，ALARM灯亮，装置报警，装置会显示“ NO REF VOLTAGE / UNSYNCHRONIZED / SWIT CHING”。处理办法恢复交流母线电压。

（二）分合闸装置故障原因分类

1、交流母线失压。比如断路器本处于运行状态，运行人员将其转成热备用，导致交流滤波器母线TV失压，进而致使其中分合闸控制装置出现故障。

2、断路器合闸顺序错误。比如本该A、B、C合闸顺序应是三相相隔60o依次合闸，但实际却是先把C相投入，B相落后C相60o，A相又落后B相30ms，如图4所示。

图4 断路器合闸顺序错误波形图

3、空和断路器。空合变压器有关的断路器或者交流滤波器的小组断路器的过程中，断路器中不会有电流流过，导致分合闸控制装置无法检测到电流，装置也会发生报警信号。

四、故障排除

（一）修改tD2

断路器操作时，机械分合闸时间会出现时间偏差tD2。在实际工作运行中，交流滤波器会因为合闸时间过早导致分合闸控制装置出故障的状况，因此，为了减少合闸时出现的冲击电压，同时为了确保绝缘强度，将设备存在的隐患消除，就需要把全部交流滤波器中对应的分合闸控制装置的内部参数tD2从0.7改到0.9ms。

（二）带电分合闸试验

当某种断路器检修完成后，运行人员还需要通过多次的带电分合闸试验对断路器进行复查，首先应检查SER上的分合闸控制装置报警信号，然后检查TFR。假如第一次合闸时，断路器的三相电压超过100kv，且相间电流之间的时间差超过范围，那么就需要再次进行带电分合闸试验，直到合闸时三相电压和相间电流之间时间差合格才可以将断路器投入使用。

五、结束语

通过分合闸控制装置的简介和控制办法的分析，以及故障情况的列举，可以得知这种装置不仅能掌握断路器投切的时间差，做到分相分合闸，减小冲击，还能根据装置显示的故障信息，判断路器处于什么运行状况，对断路器的故障进行预防，避免出现严重的电力事故。

参考文献

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