浅谈换流变压器的有载开关选型

浅谈换流变压器的有载开关选型

摘要：本文通过对我公司设计的换流变压器所用的有载分接开关选型进行总结，分析换流变压器用有载分接开关与电力变压器用有载分接开关选型的差别，为以后换流变压器开关的选型提供参考。

关键词：换流变压器有载分接开关组件

1 前言

特变电工沈变在1997年开始立项HVDC换流变压器的研究工作。1998年，以技术转让方式引进了德国西门子公司的换流变压器的设计制造技术。2008年，在向上直流输电工程中与ABB公司开展合作，引进瑞典ABB的换流变压器的制造技术。德国西门子公司的换流变压器选用的是MR公司的有载分接开关，瑞典ABB公司的换流变压器选用的是ABB公司内部组件分厂的开关。现在，特变电工沈变公司自主开发的换流变压器选用MR公司或ABB公司的有载分接开关。如糯扎渡项目换流变压器选用的是MR公司的有载分接开关，锦屏项目

用有载开关种类如下：

RI: MR油浸式R型单相开关，两台并联使用，用于2柱并联的强制分流结构。

VRFII: MR真空两相开关，单台使用，用于2柱并联的强制分流结构。

UCLRE: ABB油浸式UCL型单相开关，两台并联使用，用于2柱并联的强制分流结构。

UCGRE: ABB油浸式UCG型单相开关，两台并联使用，用于2柱并联的强制分流结构。

4有载分接开关选用原则

换流变压器用有载分接开关的基本选用原则与常规电力变压器用有载分接开关选用原则一致。主要考虑用户要求、电压等级、电流大小、调压形式等，具体可参见MR和ABB开关的相关技术指南，同时结合MR和ABB开关的订单标准填写规范。

对于换流变压器用有载分接开关的选用，有以下问题需要特殊考虑，并提供足够的信息供开关制造厂家核算开关相关参数。

4.1采用ZnO避雷器限制过电压

当采用ZnO避雷器限制过电压时，应根据公式计算ZnO元件数量。

4.2电流变化率di/dt

换流变压器阀侧绕组与换流单元连接，受此影响，网绕组及开关中的电流波形类似于方波，此方波电流在过零时的电流变化率

di/dt（陡度）大于同样有效值的正弦波。为保证开关各触头断口的灭弧能力，应将电流变化率di/dt提供给开关制造厂家，用以计算相关触头上的开断强度，并据此核算开关选型是否合适。电流变化率di/dt需用户提供。

4.3电位电阻及电位开关

换流变压器通常采用正反调，极性选择器的切换过程中，在开断的触头间会产生恢复电压及开断电流。通常需要用电位电阻对调压绕组作电位连接，以限制恢复电压，同时为了缩短电位电阻接入的时间，降低变压器空载损耗，需加装电位开关配合电位电阻使用。由于电位电阻值计算较为复杂，并且牵涉开关自身结构布置，因此通常提供变压器接线原理图、线圈排布简图（包含主要结构尺寸）供开关制造厂家计算恢复电压、开断电流，并据此计算是否采用电位电阻及电位电阻的阻值、结构布置等。

由于换流变产品通常容量较大，电压较高，因此所使用的有载开关通常需配备电位电阻及电位开关。

4.4开关的特殊运行试验

换流变压器有载分接开关存在换流运行时高du/dt、di/dt和调压范围大以及操作频繁等特性，因此除满足标准规定的相关试验要求外，还应根据用户要求满足以下特殊运行试验要求：

4.4.1国网公司换流变压器有载分接开关特殊运行试验要求

在换流变压器完成装配后，有载分接开关承受如下的操作试验：

a.换流变压器不励磁，分接开关完成10个操作循环。（1个操作循环指从分接范围的一端到另一端，并返回到原始位置）

b.换流变压器不励磁，在85%有载调压开关的额定操作电压下完成1个操作循环。

c.换流变压器在额定频率和额定电压下，完成1个操作循环。

d.有载分接开关切换时间的测量。

e.负载电流下的有载分接开关动作试验

温升试验后，保持试验电流，操作有载分接开关完成10个操作循环，同时，取油样分析、测量绕组直流电阻，以检查有载分接开关在负荷电流下可否可靠动作。

4.4.2南网公司换流变压器有载分接开关特殊运行试验要求

对于油浸式有载调压开关，按GB 1094.1/IEC 60076-1 的规定进行相关试验。

对于真空式有载调压开关，除了GB 1094.1/IEC 60076-1，第10.8.1 节中规定的试验，还应进行以下试验：

1）对每个厂家生产的每种类型的第一台换流变：

a. 在额定电压和50Hz 的条件下，进行20 个操作循环的试验；

b. 在额定电流的条件下进行20 个操作循环的试验。

2）对其他换流变：

a. 在额定电压和50Hz 的条件下，进行 3 个操作循环的试验；

b. 在额定电流的条件下进行3 个操作循环的试验。

在运行试验前、后及结束后24 小时，应进行油的含气量分析。OLTC 的运行试验应在所有的介电试验和温升试验之前进行。

5 有载分接开关组件的标准配置

5.1MR有载分接开关组件

5.1.1保护继电器

常规选择RS2001-2A，有2套动合接点的跳闸开关。

图1 RS2001-2A接线图及端子布置示意图

5.1.2压力释放阀

常规选择Messko LMPRD，压力释放阀自带防护罩，动作压力由MR根据开关油量确定。开关压力释放阀的压力值比变压器本体压力释放阀的压力值大。如糯扎渡低端开关压力释放阀为LMPRD 20psi,而本体选用压力释放阀为LMPRD 12psi。

图2 Messko LMPRD接线图及动作压力

5.1.3电动机构

电动机构有两种:ED-S和ED-L，主要区别是外形尺寸不同，常规选则为ED-100S：小转矩传动机构小尺寸机箱。注意电动机构正常工作温度为-30℃～50℃，超出正常使用温度要特殊注明。

5.1.4滤油机

油浸式开关应配备滤油机，用于有载分接开关油的净化或净化加干燥。常规选择OF 100 DC，复合滤芯，控制系统位于电动机构箱中。注意在寒冷地区，应配备低温环境应用组件（温度开关、温度传感器）。真空开关通常用于电力变压器时不带滤油机，用于换流变压器时（如云广、糯扎渡项目），会选择带滤油机，主要是考虑换流变压器运行的特殊性，开关切换次数较多，开关油室中的油温较高，加滤油机是为了使开关增加的散热片散热良好。

6 有载分接开关使用中的常见问题

6.1 MR开关

6.1.1开关同步器件

当采用两台单相开关并联运行时，开关应带同步器件。该同步器件装于开关头盖回油管管接头Q上，并用控制电缆引入电动机构中。

6.1.2运输联管

油浸式有载分接开关运输时用联管将开关头部“E”、“R”两法兰口相联，需要注意的是当采用带滤油机的真空有载分接开关时，由于开关头部结构发生了变化，运输联管需要加长配制。