一起换流变压器有载分接开关故障分析及处理

赵希洋，孟腾龙，陆洪建，王思，崔鹏，黄欣

(国网宁夏电力有限公司检修公司， 宁夏 银川750011)

换流变压器是直流输电系统中的重要设备，与换流阀组构成换流器将交流电转换成直流电，而有载分接开关是换流变压器的重要部件[1]。有载分接开关的电机驱动机构通过分接开关顶部齿轮盒和垂直的绝缘轴驱动中间齿轮，进而带动分接开关升档或降档，实现换流变压器的有载调压[2]。考虑换流变压器额定电流、分接开关最大通过额定电流及分接开关体积等因素，每台换流变压器可配置1台或多台分接开关，达到技术因素和经济因素的平衡。

换流变压器有载分接开关动作的主要原因可分为3种情况[3-4]：

(1)当输送功率变化时，双极/极控制系统计算出新的触发角，一旦触发角的变化超出死区调节范围时，分接开关通过升档或降档来确保触发角始终保持在规定范围之内。

(2)当直流系统连接的交流电网发生电压波动时，直流电压也会随之变化，一旦超过死区调节电压的范围，换流变压器通过升档或降档来减少交流电网波动的影响。

(3)当直流系统由全压运行转变为降压运行时，双极/极控制系统根据新的运行电压发出分接开关降档命令；反之，双极/极控制系统发出分接开关升档命令。

1 故障背景

某±800 kV特高压换流站双极四阀组大地回线降压560 kV运行，输送功率3 GW，站内天气晴，环境温度25 ℃。

在直流功率由3 GW上升至5 GW的过程中，监控系统显示极Ⅰ高端换流变压器星型中性线电流为41 A，其他中性线电流均为0 A。当直流输送功率上升至5 GW时，该中性点电流变为59 A，明显高于正常值。

站内每台换流变压器配置3个分接开关，通过传动轴实现档位调节的联动。极Ⅰ高端换流变压器额定容量为405.13 MVA，具体参数如表1所示。

表1 极Ⅰ高端换流变压器技术参数

2 故障情况及设备检查

(1)监控系统显示极Ⅰ高端换流变压器Y/Y-A网侧套管A首端电流约555 A，网侧套管B尾端电流为555 A，Y/Y-B、Y/Y-C网侧套管首端、尾端电流都为512 A，A相电流相对B、C相电流偏差为8.40%；后台查看极Ⅰ高端换流变压器三相分接开关均位于1档，现场机构箱档位表盘指针指向1档。

(2)现场对4个换流变压器星型中性线电流逐个测量，测量结果为极Ⅰ高端换流变压器星型中性线电流为42.5 A，低端中性线电流0.5 A；极Ⅱ高端换流变压器星型中性线电流为0.4 A，低端中性线电流为0.3 A。对极Ⅰ高端换流变压器YY-A相分接开关顶部齿轮盒开盖检查，有载分接开关1的机械档位位于15档，如图1所示。有载分接开关2、有载分接开关3的机械档位均位于1档，有载分接开关1的驱动轴和主传动轴连接抱箍脱落，如图2所示。

(3)手动启动故障录波检查，极Ⅰ高端换流变压器星型网侧Y/Y-A套管首端电流明显高于Y/Y-B、Y/Y-C首端电流；Y/Y-A、Y/Y-B、Y/Y-C阀侧首端电流基本一致。

(4)对极Ⅰ高端换流变压器Y/Y-A相3个分接开关进行吊芯检查，如图3所示。有载分接开关1的切换开关表面洁净，有载分接开关2、有载分接开关3的切换开关表面吸附有少量碳黑，手动进行切换，机构动作正确，无明显异常；对过渡电阻、触头厚度等相关参数进行测试，测试结果在正常范围内，故可排除切换开关内部存在放电故障[5]。

图1 有载分接开关1的齿轮盒内档位指示

(a)电动驱动机构与分接开关机械传动

(b)脱落位置

图3 有载分接开关1的切换开关吊芯检查

(5)极Ⅰ高端换流变压器进行红外热成像检测，换流变压器相关的引线、接头、套管、中性点CT等设备及元件温度均正常，无异常发热情况。

(6)中性点电流测量回路及相关二次屏柜进行接线检查，未发现异常。

通过上述检查，可初步判断该故障与极Ⅰ高端换流变压器Y/Y-A的3台有载分接开关档位不一致有关，需要通过试验进一步验证。

3 试验分析

(1)对极Ⅰ高端换流变压器三相本体进行油色谱分析，并与前两周数据进行对比，未发现明显变化，试验结果见表2。油色谱数据在正常范围内，初步分析认为极Ⅰ高端换流变压器本体内部无放电故障。

(2)红外测温数据正常，可判断换流变压器的引线、接头、套管、中性点CT等无异常。

(3)换流变压器中性线电流现场测试电流和监控系统数据基本一致，且接线无短路、接地，可

表2 极Ⅰ高端换流变压器本体油色谱分析

判断二次回路无异常。

(4) 校核试验。对极Ⅰ高端换流变压器Y/Y-A相进行调档，测试不同档位时的电压变比、直流电阻、短路阻抗[6-8]。有载分接开关1的驱动轴和主轴重新连接，将3个有载分接开关档位调整一致后，校核不同档位时的电压变比、直流电阻、短路阻抗，试验数据见表3-表5。

表3 驱动轴恢复连接前后短路阻抗试验

表4 驱动轴恢复连接前后电压变比试验数据

由表3—表5数据可知，驱动轴恢复连接前，不同档位时短路阻抗、电压变比、直流电阻的测试值与出厂值偏差较大，且随换流变压器档位与15档的差值增大而增大；驱动轴恢复连接后，主要参数与出厂值基本一致，符合规程[8]偏差要求。

4 结论及建议

综合设备检查、试验分析及校核试验，极Ⅰ高端换流变压器有载分接开关故障原因为开关1的驱动轴和主轴连接抱箍脱落，档位保持在15档，无法同其他2个有载分接开关一同升档、降档，使得该相换流变压器3个分接开关档位不一致，导致Y/Y-A、Y/Y-B、Y/Y-C三相的直流电阻、短路阻抗、电压变比等主要参数不一致。当该相换流变压器档位偏离15挡越大时，Y/Y-A、Y/Y-B、Y/Y-C三相的中性点电流相差越大。校核试验合格后，极Ⅰ高端换流变压器恢复带电运行，并进行逐级升降档调试，极Ⅰ高端换流变压器中性点电流均为0 A，设备运行稳定。

目前，该类型分接开关在监控系统及现场档位盘处的显示档位为机构箱内的电阻分压回路模拟计算出的档位，而非实际的机械档位。极端情况下，电机驱动装置的3个驱动轴和主轴连接抱箍全部分离时，现场机构箱档位及监控系统的档位仍会显示控制系统目标档位，而实际机械档位保持不动，进而可能导致换流变压器三相档位不一致，造成直流单极闭锁等严重后果。

(1)建议设备厂家进一步开展有载分接开关电动驱动装置研究，能在线监测每个分接开关的机械档位在发生机械故障时报警。

(2)加强分接开关的运维检修管理，对同类型分接开关采取改进连接抱箍结构[9]，年度检修期间开展驱动轴专项检查，对监控系统增设中性点电流监视界面等改进措施。