换流变冷却器控制逻辑研究及典型案例分析_王之赫.pdf

换流变冷却器控制逻辑研究及典型案例分析王之赫，冯轩，张中平，宋锦元，邓凯（国网江苏省电力有限公司超高压分公司，江苏 南京 ）摘要：换流变是换流站中的重要设备，换流变冷却器起到散热、油循环作用。控制系统是换流变冷却器的核心，决定了冷却器的正常运转。以某特高压换流站高端换流变为例，详细介绍了其冷却器控制系统配置及控制逻辑，最后对运行过程中出现的故障进行总结分析，为解释冷却器运行行为、排除冷却器故障提供了理论依据与实际经验。关键词：换流变；冷却器；控制系统；故障分析中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：引言特高压直流在清洁能源大规模并网、长距离输送、带动产业发展等方面扮演着重要角色，江苏地区换流站的稳定运行有效缓解能源供需矛盾和大气污染防治压力，对江苏地区电力需求及经济发展需要具有重要意义。换流变是直流输电最核心的设备之一，它与换流阀共同实现交直流电的转换。为保证换流变正常运行，必须采用冷却器降低其运行中的温升，如果冷却器工作异常或故障，换流变的绝缘老化速度就将加快。换流变冷却器控制逻辑是换流变冷却器运转的核心，其能否正 常、合 理 运 行 决 定 了 换 流 变 能 否 安 全 稳 定 运行。本文以某特高压换流站内高端换流变为例，研究冷却器控制系统的逻辑，并通过实例分析其动作行为，以期为换流变安全稳定运行提供理论依据与实际经验。高端换流变冷却器及其控制系统概述江苏省某换流站高端换流变单台设计容量为 ，采用强迫油循环导向风冷方式，共安装了组冷却器，每组冷却器有台风机。冷却器控制采用换流变监测系统（，）智能控制柜，该控制柜为双 架构，通过 通信协议与换流站控保系统联系，实现与控保系统之间的数据接收与发送。装置可以采集换流变的运行参数，如换流变带电信号、油面温度信息、绕组温度信息、换流变负荷等，对这些信息量按照设定的逻辑进行处理、输出、执行，达到智能控制冷却器的目的。换流变冷却器控制逻辑高端换流变冷却器控制共有种模式，组冷却器共同参与所有的冷却器控制，不区分备用冷却器。种模式的流程图如图所示。换流变失电时自检控制模式当换流变长期处于失电状态时，为防止冷却器长期不使用引起器件损坏，控制柜针对该种模式设置了自检控制逻辑。当达到换流变停运设定时限（一般设为周）后，依次启动组冷却器并保持运行 ，完成自检。当达到自检周期后，换流变开始自检，同时将本侧 及对侧 自检计时器清零，开始下一轮自检计时。换流变收到带电信号时，将自检计时器清零，进入带电轮换控制逻辑。换流变带电时周期轮换控制模式当换流变长期等负荷带电运行时，为防止某组冷却器电力自动化电工技术 图 冷却器控制流程图长期使用以及其他组冷却器长期不使用引起器件损坏，控制柜设置了周期轮换控制逻辑。在达到设定时间后，轮换启动各组冷却器。启停控制顺序为先启动运行计时最少的冷却器组，再停运当前运行的冷却器组。各组冷却器运行计时时间在 装置断电后会重新清零。自动控制模式自动控制模式为冷却器控制逻辑中最主要的控制模式。该模式实现了根据用户设定的油面温度、绕组温度及换流变负荷定值来启、停不同组数的冷却器。自动控制逻辑只对自动状态下的冷却器拥有控制权，对就地手动状态或远方强制状态下的冷却器无法进行控制。组冷却器包含台潜油泵和台风机，装置通过两路分别出口操作。潜油泵与风机的启停顺序为，启动时潜油泵优先于风机启动，停止时潜油泵滞后于风机停止。自动控制模式下，启动多组冷却器时，按照规则启动运行时间最少的冷却器组，若需停止冷却器组则优先停止总运行时间最长的冷却器组。自动控制模式下，与 同时对换流变监测信息进行判断，当主 侧需要启动的冷却器组数少于从 侧需要启动的冷却器组数时，后切换至从 为有效侧。若在启动某组冷却器时潜油泵或者风机启动失败，则系统报该组冷却器故障，同时按照以上启动规则启动另外一组冷却器。某换流站换流变冷却器启停定值见表，其中极冷工况下仅启动油泵，不启动风机。为防止冷却器频繁启停，同一组冷却器启停定值设置了一定裕度的差值范围。当换流变失电后，冷却器根据油面温度、绕组温度、换流变负荷信息依次停止冷却器组，最后一组冷却器运行 后停止。远方强投强退控制模式主控系统可在后台实现对冷却器的远方控制。主控 表 某特高压换流站高端换流变冷却器启停定值表信号第组第组第组第组第组顶层油温启动定值 停止定值 绕组温度启动定值 停止定值 换流变负荷启动定值 停止定值 或主控任一系统发送强投强退信号即可启停此组冷却器。需要注意的是，经远方控制后的冷却器组不再按自动控制模式工作，若需重新恢复自动控制模式，则需就地旋转 强制复归旋钮。保护切除冷却器控制模式当变压器发生非电量保护跳闸动作时，控保系统发送“保护切除冷却器”硬接点信号到操作箱，操作箱立即停止所有冷却器组，装置自动控制逻辑失去对冷却器组的控制权。若需重新恢复自动控制模式，则需就地旋转 保护复归旋钮。装置故障控制模式 装置正常运转时，会发送“工作正常”信号至操作箱，操作箱判定先发送此信号的 为有效侧，出口其控制逻辑。当某台 装置发生故障时，例如 模拟量为、超出测量范围或换流变带电时分接开关档位为等情况，装置会发送“装置测量异常”信号至操作箱，操作箱将切换至对侧 为有效侧，出口其控制逻辑。当台 装置均发生故障时，操作箱启动所有冷却器组，并报“工作异常”信号至主控系统；当任一组冷却器启动故障时，操作箱将向后台报“系统具备冗余冷却能力信号消失”。冷却器故障实例分析及处理某换流站发生一起换流变冷却器故障，换流变未带电运行时，冷却器自检过程中报极高端 相第三组冷却器故障。经现场检查后发现第三组风机有一个接触器无法吸合，导致该组冷却器故障。更换接触器后第三组冷却器启动故障问题得以解决，但是在处理此故障过程中发现是在换流变失电后产生的冷却器启动故障，且在检修完成后此故障信号在触摸屏和后台无法复归。后经 研发人员检查程序发现此逻辑存在一定缺陷，原逻辑如图所示。图冷却器原控制流程图（下转第 页）电工技术电力自动化 画面显示效果，便于对这些组态内容的正确性与合理性进行初步调试。设备的单体调试根据就地设备的解体检修恢复情况及设备单体试转的条件，对就地设备进行安装检修后的单体手动及电动调试，测试被调试设备的运行情况，为与 进行联调做好准备。设备联调及测试按照就地调试好的单体设备，核实控制连接回路，测试相关的连接信号的准确与正确性，检查各接入电缆的屏蔽层在机柜侧单端接地完好，对单体设备进行 系统的连接调试。对于系统内的关联设备，根据工艺要求进行系统的工艺系统设备调试。若所有设备调试完毕（含单体设备、工艺系统设备），则进行单体运行设备的保护联锁试验、工艺系统的联锁试验、机组的大连锁试验等，按照保护定值书及机组 检 修 联 锁 试 验 单 逐 一 进 行，以 完 成 整 个 机 组试验。系统的性能测试整个 控制系统完备后，对整个 系统进行性能指标测试，包括 系统的电源电压及冗余切换（含 总电源、机柜电源、各等级电压电源切换及精度测试），控制系统的基本性能测试（含操作员站、主控模件、通信网络、通信介质、控制回路冗余、画面响应刷新时间、开关量采集时间、模拟量响应时间、控制处理周期、单机站及控制站的负荷率、系统接地电阻测试等），信号处理精度测试，系统基本软件功能测试，变送器冗余功能测试，局域网综合性能测试。所有设备调试、试验及测试完毕后，即可将 控制系统正常投入整套试运。系统改造后试验机组 控制系统改造涉及的 、一次调频、模拟量扰动、等在控制系统改造后必须重新完成试验。在机组运行并网后，逐一开展所有试验，试验完毕合格，机组 控制系统即可正常投入运行。结语此次升级改造，硬件由原 系列更新为 系列，彻底解决了电子产品使用寿命到期老化问题；操作系统升级为 系统，提供了可靠的服务和保障；组态软件改造为 ，增加了维护组态功能扩展使软件稳定可靠；系统网络结构采用对等网，省去了服务器环节，风险更加分散。总体上在原有基础上升级改造 系统，既节省了改造费用、施工时间，又彻底解决了机组 控制系统的备品配件问题，并提升了机组的安全与稳定性，提高了检修维护方便性，扩展了机组控制功能。（上接第 页）在检修人员更换过 相第三组风机接触器后，在手动模式下启动第三组油泵和风机。由于此时油泵和风机为手动控制状态，因此 程序判断自动控制逻辑下启动的油泵和风机个数为零，直接结束此次循环。修改后的逻辑如图所示，在 程序判断自动启动的油泵和风机个数为零时，先检查是否有故障的冷却器，若有则检查当前冷却器状态，若此时第三组冷却器的油泵和风机手动启动成功，则复归此故障状态。图冷却器修改后的控制流程图结语本文主要分析了该特高压换流站高端换流变冷却器的控制逻辑，对种控制模式下的冷却器运转进行了详细说明，最后 通 过 一 个 故 障 实 例 分 析 了 冷 却 器 运 行 行为，为换流变 冷 却 器 的 正 常 运 行 提 供 理 论 依 据 和 实 际经验。参考文献 何茂慧，邓凯，谷相宏，等交流滤波器电容器不平衡保护动作逻辑分析电工电气，（）：刘天作，王喆换流变压器运行分析及改进措施华中电力，（）：，刘恩洲，王连鹏两种不同换流变油流温升技术浅析变压，（）：刘浔，艾亮，成川，等 换流变冷却器全停对高压直流系统影响山东工业技术，（）：王伟，罗宗源，张瑞亮高肇直流换流变冷却器电源切换回路分析与改进 电工技术，（）：袁焯锋，赖皓，洪乐洲 换流变压器冷却器控制回路改进措施 陕西电力，（）：电工技术系统解决方案