直流输电系统三种换流变压器电源控制回路对比分析

　　摘要：换流变压器作为直流输电系统的核心设备之一，其可靠运行对于整个直流输电系统是非常重要的，而其可靠运行又取决于其冷却系统、有载调压装置和测量、保护等一系列辅助设备能否正常运行。因此保证换流变压器辅助电源的可靠供给是一项重要任务。本文列举并分析了直流输电系统的三种换流变压器电源控制回路，说明了工作原理并分析对比了其相同和不同之处。
　　关键字：直流输电，换流变，电源，控制回路
　　
　　0引言
　　南方电网超高压输电公司目前管辖着±500kV天广直流、±500kV贵广I回直流、±500kV贵广II回直流、±800kV云广直流四条西电东送直流输电通道。这四条直流输电系统总容量达到了1280万千瓦，约占整个南方电网西电东送总容量的50%。其安全稳定运行对南方五省区的电力供应尤其是广东地区负荷中心的电力供应具有极其重要的意义。
　　在高压直流输电系统中，换流变压器有着与换流阀同样重要的地位，同为直流输电系统的核心设备。这是由于其处在在交流电与直流电相互变换的核心位置以及在设备制造技术方面的复杂性和设备费用的昂贵等因素所决定的。换流变压器的运行可靠性直接决定了整个直流输电系统的运行可靠性。而换流变压器的正常运行，依赖于其冷却系统、有载调压装置和测量、保护等一系列辅助系统。辅助系统正常工作则要依赖于外部电源，如换流变压器冷却系统的油泵、风扇和有载调压装置，这些设备均需要电源来驱动其电机工作。仅仅是短时间丢失电源，也将导致换流变压器的油温和线温迅速上升，严重影响换流变压器的安全运行。同时，有载调压装置也将失去电源，如恰逢换流变压器分接头调整，将导致三相换流变压器失步，使直流输电系统处于不正常运行状态。因此换流变压器辅助系统的供电可靠性要求较高，一般为两路电源供电，并采用控制回路自动切换。
　　在多年生产运行实践中，各换流站不同程度出现过换流变压器失去一路或两路辅助系统电源的故障，给换流变压器的持续可靠运行带来了较大风险。本文将分析对比天广直流、贵广I回、贵广II回、云广直流输电系统换流变压器的辅助电源回路，介绍其不同的设计特点及优缺点。
　　1天广直流换流变压器电源回路
　　天广直流是我国继葛上直流后投运的第二条远距离、大容量直流输电系统。其换流变压器为西门子生产的三绕组单相换流变压器。天广直流换流变压器的辅助电源回路如图1所示。
　　图1中F1、F2、F3、F4为空气小开关，K7、K8分别为第一路电源、第二路电源电压监视继电器。Q1、Q2分别为第一路、第二路电源进线开关，K1、K2分别为第一路、第二路电源接触器。正常运行时，Q1、Q2、F1、F2、F3、F4开关均在合上位置，K7、K8继电器正常励磁，其辅助触点由11-12切换至11-14。由于K10为延时继电器，K9继电器早于K10继电器励磁，断开辅助触点21、22，从而切断第二路电源回路，接通第一路电源回路。当第一路电源故障时，K7继电器失磁，其辅助触点由11接14切换至11接12，第一路电源回路断开，K9继电器失磁，其对应21、22触点接通，K1接触器失磁，其对应31、32触点接通，K10继电器延时励磁后接通第二路电源回路。当第一路电源恢复正常后，K9重新励磁切断第二路电源回路，冷却系统电源切回至第一路。
　　由此可见，天广直流输电系统的两路辅助系统电源为一主一备。两路电源均正常时，其运行在第一路电源。当第一路电源故障时，将自动切换至第二路电源供电。而当第一路电源恢复正常时，运行电源又将切回至第一路。
　　
　　图1天广直流换流变压器辅助电源回路图
　　2贵广I、II回直流换流变压器电源回路
　　随着西电东送规模的不断扩大，容量均为3000MW的贵广I回、贵广II回直流输电系统先后于2004年和2007年投运。贵广I、II回直流输电系统的换流变为双绕组结构，每相由星形连接和角形连接共两台换流变压器组成。贵广I回、II回直流系统的换流变压器辅助电源回路形式相同，均为图2所示。
　　
　　
　　
　　图2贵广I、II回直流换流变压器辅助电源回路图
　　在图2中，Q1、Q2、F1、F2、F3、F4各开关及K7、K8继电器的名称以及正常时的状态，均同图1的说明。S1为主电源回路选择开关，可通过选择开关S1选择第一路或者第二路为主电源。当S1在“1”位时，第一路电源被选为主电源，其辅助触点1-2接通，5-6接通，K5继电器励磁，接通第一路电源回路，断开第二路电源回路。第一路电源故障时，K5继电器失磁，K10继电器励磁，K6继电器励磁，换流变辅助电源切换至第二路电源。当S1在“2”位时，第二路电源被选为主电源，其辅助触点2-3接通，6-7接通，K6继电器励磁，接通第二路电源回路，同时断开第一路电源回路。第二路电源故障时，K6继电器失磁，K9继电器励磁，K5继电器励磁，换流变辅助电源切换至第一路电源。
　　可以看出，贵广I、II回直流系统的换流变压器辅助电源也是两路，同样是主备关系，但电源可以通过选择开关S1指定主电源回路，增加了运行的灵活性。
　　3云广直流换流变压器电源回路
　　图3云广直流换流变压器辅助电源回路图
　　2010年容量为500万千瓦的±800kV云广直流系统投入运行，云广直流系统其换流变辅助电源回路设计在贵广I回、II回的基础上做了进一步的改进，考虑了K1或K2接触器继电器常开辅助触点三相粘连的情况。以下以K1接触器辅助触点三相粘连为例进行说明（K2同理）阐述。按照贵广I回、II回直流系统换流变辅助电源回路的设计，第一路电源故障跳开Q1空气开关，换流变辅助电源将切至第二路电源运行，若此时K1接触器三相辅助触点发生粘连，则第二路电源的正常电压通过公用母线经粘连的辅助触点被K7继电器感知，K7继电器误认为第一路电源电压恢复正常，使K5继电器励磁，K5继电器励磁后使K10继电器失磁，继而使K2接触器失磁，换流变辅助电源将切回至第一路电源运行。换流变压器辅助电源切回第一路运行后，因第一路电源事实上已无电压，换流变辅助电源将再次切至第二路运行。因此，换流变压器辅助电源将在第一路和第二路之间连续不停切换，辅助电源无法正常供电。为避免上述情况的发生，云广直流换流变压器辅助电源自动切换回路加装了K3、K4继电器。在发生K1接触器三相辅助触点粘连的情况时，K5继电器励磁并不能使K10继电器失磁，因为K1、K3继电器的辅助触点保证了对K10继电器的持续供电，由此避免了上述异常情况的发生。
　　4结语
　　经过以上的分析，我们可以看出，从天广直流到贵广直流I回、II回，再到云广直流，各工程的换流变压器辅助电源回路均为两路电源供电，均为主备式电源回路，具备主电源失电自动切换至备用电源功能。天广直流的换流变压器不能够设定第二路为主电源，只能长时间以第一路电源运行，而贵广直流和云广可以将第二路设定为主电源。而云广则更是考虑了K1或K2接触器触点粘连的情况。三种不同的换流变辅助电源控制回路，其结构和功能复杂度不断增加，设计不断完善。

《直流输电系统三种换流变压器电源控制回路对比分析》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 直流输电系统三种换流变压器电源控制回路对比分析

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-13000