额定级容量6MVA有载分接开关过渡电阻温升评估方法

技术领域

本发明涉及换流变用有载分接开关温升状态的评估方法，特别涉及一种额定级容量6MVA有载分接开关过渡电阻温升评估方法。

背景技术

换流变压器连接交流电网与换流阀厅，是直流输电的“枢纽”，通过电磁感应实现交直流系统的电气隔离、电量交换、电压匹配及有载调节。有载分接开关位于换流变压器内部，通过调压线圈在不同电压端子之间的切换来实现精准调节换流变电压，进而稳定输送直流功率。分接开关档位切换时，需在100毫秒内按时序完成6～8个执行机构的多次机械动作，运行工况复杂，分接开关切换的电气应力严苛，长期可靠切换难度大。

过渡电阻是有载分接开关的重要组成部件，在有载分接开关切换操作时，跨越变压器调压绕组相邻的两分接头，使负荷电流不间断地从一个分接头转换到另一个分接头上，同时限制两分接头桥接时的循环电流，避免级间短路。由于分接开关需要进行快速切换操作，过渡电阻的工作特点是阻值小、承载电流大和短时断续工作。因此运行过程中存在样机温度急剧升高，甚至发生样机烧毁事故等问题，给直流输电的运行和维护带来巨大挑战。

目前，对换流变用有载分接开关动作的暂态过程、过渡电阻温升及其对分接开关油室温度的影响不清，是有载分接开关安全可靠运行必要解决的一大难题。过渡电阻通过绝缘油进行散热，但过高的温度使得绝缘油分解产气，对变压器的安全运行带来了严重的安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：在分接开关研发与测试阶段，为保证触头的机械性能稳定性，往往需要进行大量的连续切换，需要针对不同的负载容量判断出最大的允许切换次数，以保障试验的安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：额定级容量6MVA有载分接开关过渡电阻温升评估方法，包括如下步骤：

S100：搭建CV OLTC型号换流变用有载分接开关测试平台及准备测温设备；

S200：通过测温设备在通流时实时监测，对换流变用有载分接开关进行多次切换操作，每次切换操作中，根据设置的时间间隔采集过渡电阻温度，从而得到N个过渡电阻温度值。

对换流变用有载分接开关进行一个时序的连续切换，所述一个时序的连续切换是指分接开关完成一个工作状态向另一个工作状态转换时需要的连续切换动作；一个时序的连续切换是指分接开关完成一个工作状态向另一个工作状态转换时需要的连续切换动作，需要切换31次。规定一个时序为31次切换，多次切换操作可以在一个时序内，也可以大于一个时序。

对换流变用有载分接开关每进行一次切换，都会提取若干个过渡电阻温度值，比如是按照0.005s或0.01s或其他时间间隔提取温度值。

S300：用多次切换操作的N个过渡电阻温度值，以时间为横坐标，以每次切换过渡电阻温度值作为纵坐标，建立分接开关过渡电阻温升曲线图；

S400：根据分接开关过渡电阻温升曲线图所展示的温度与时间变化规律，定义过渡电阻温升评估函数；

S410：预设指数函数作为过渡电阻温升评估函数的基础函数；

S420：将每次切换操作得到的N个过渡电阻温度值中最大过渡电阻温度值的位置作为特征位置，根据分接开关过渡电阻温升曲线图上的特征位置，提取过渡电阻温升评估函数中待定常数的取值范围，并给出待定常数的建议取值；

S430：根据过渡电阻温升评估函数，预测换流变用有载分接开关过渡电阻切换后的最高温度；

S500：将待预测的换流变用有载分接开关过渡电阻按照S430中的定义，确定待预测开关过渡电阻切换后的温度，即切换次数对应的时间下的温度值为待预测的换流变用有载分接开关过渡电阻切换后的温度值。

作为优选，所述S100中搭建换流变用有载分接开关测试平台及准备测温设备的具体步骤如下：

S110：搭建油中熄弧CV OLTC型号有载分接开关，额定级容量6MVA；

S120：使用测试仪进行带点测温；

S130：连接K型热电偶，隔离插件采用绝缘护套；

S140：在K型热电偶上套上绝缘护套后，在过渡电阻的顶部布置，每一柱电阻丝顶部测温点焊接在过渡电阻顶部及边缘，确保可靠焊接。

作为优选，所述S300中建立分接开关过渡电阻温升曲线图的具体步骤如下：

S310：由于每次切换时间固定，分接开关过渡电阻温升曲线图用时间代替切换次数，使得离散数据转换为连续性曲线；

S320：将过渡电阻冷却后，重复Q次S200，得到每个时间采集点对应的Q个过渡电阻温度值，对的每个时间采集点对应的Q个过渡电阻温度值求平均值得到每个时间采集点过渡电阻温度平均温度。

作为优选，所述S410中预设指数函数作为过渡电阻温升评估函数的基础函数的具体步骤如下：

预设过渡电阻温升评估函数为

T＝30+r(ae

式中，T为过渡电阻温度，单位为℃；r为负载容量，单位为MVA；t为时间，单位为s，a、b、c、d为待定常数。

作为优选，所述S420中提取过渡电阻温升评估函数中待定常数的取值范围的具体步骤如下：

a∈(28.07,29.4)，b∈(0.03303,0.03828)，c∈(-22.1,-20.94)，d∈(-0.5082,-0.4557)。

作为优选，所述S420中待定常数的建议取值为：

为使拟合准确度大于95％，取a＝28.17，b＝0.0331，c＝-22，d＝-0.46；

过渡电阻温升评估函数为：

T＝30+6*(28.17e

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

1.实现对换流变用有载分接开关过渡电阻温升状态的监测，仅需得到过渡电阻负载容量，通过简单的时间换算，再通过第一个时序的温度对比，可预测大量切换次数后的过渡电阻温度值，提高了试验的安全性与准确性。

2.根据IEC 60214-1:2014分接开关的要求-第1部分：性能要求和测试方法，过渡电阻的温升最大允许值为350K。当实际研究中需要多次切换时，根据过渡电阻温升评估函数，从而指导最大允许的切换次数，保障了实验和工程操作运行的安全性。

附图说明

图1为热电偶焊接在过渡电阻顶部及边缘处的实物图。

图2为负载容量6MVA过渡电阻温升曲线图。

图3为不同负载容量过渡电阻温升曲线图。

图4为过渡电阻温升评估函数图。

图5为不同负载容量下过渡电阻温升曲线图。

图6为不同负载容量下过渡电阻最高温升图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

本发明以额定级容量6MVA换流变用有载分接开关过渡电阻为研究对象，主要包括以下步骤：搭建换流变用有载分接开关测试平台及准备测温设备，参见图1；对换流变用有载分接开关进行一个时序的连续切换；通过测温设备在通流时实时监测，得到多组切换操作的N个过渡电阻温度值；用多组切换操作的N个过渡电阻温度值建立分接开关过渡电阻温升曲线图，参见图2；根据分接开关过渡电阻温升曲线图所展示的温度与时间变化规律，定义过渡电阻温升评估函数，预设指数函数作为过渡电阻温升评估函数的基础函数，根据接开关过渡电阻温升曲线图上的特征位置，提取预设指数函数中待定常数的取值范围，并给出建议取值，根据过渡电阻温升评估函数，定义换流变用有载分接开关过渡电阻切换后的温度范围；确定待预测开关过渡电阻切换后的温度。

本发明方法可以对额定级容量6MVA换流变用有载分接开关过渡电阻温度状态进行有效、准确地评估；实现对换流变用有载分接开关过渡电阻温升状态的监测，仅需得到过渡电阻负载容量，通过简单的时间换算，再通过第一个时序的温度对比，可预测大量切换次数后的过渡电阻温度值，提高了试验的安全性与准确性。当实际研究中需要多次切换时，根据过渡电阻温升评估函数，从而指导最大允许的切换次数，保障了实验和工程操作运行的安全性。

实施例1：一种额定级容量6MVA有载分接开关过渡电阻温升评估方法，包括如下步骤：

S100：搭建CV OLTC型号换流变用有载分接开关测试平台及准备测温设备，具体的：

S110：搭建上海华明电力设备制造有限公司生产的油中熄弧CV OLTC型号有载分接开关，额定级容量6MVA。

S120：使用HMB公司QuantumX MX809B测试仪进行带点测温。

S130：连接热电偶采用型号1-ITC-K1000的K型热电偶，隔离插件采用型号1-CON-A1018的绝缘护套。

S140：在K型热电偶上套上绝缘护套后，在过渡电阻的顶部布置，在每一柱电阻丝顶部测温点焊接在过渡电阻顶部及边缘处寻找可靠焊接点，确保可靠焊接。

S200：对换流变用有载分接开关进行一个时序的31次连续切换，所述一个时序的连续切换是指分接开关完成一个工作状态向另一个工作状态转换时需要的连续切换动作，具体的：

S210：设置测试前过渡电阻的温度为30℃，相对湿度为22％，大气压力为100.2kPa。。

S220：负载点设置为4000V/2250A(根据IEC 60214-1:2014规定，在测试执行中，采用1.5倍最大额定电流和相关额定电压进行，即1500A*1.5)。

S230：分接开关一次切换分为通流阶段、环流阶段和冷却阶段，通流阶段为35毫秒，环流阶段为5毫秒，冷却时间为55毫秒，即一次切换为95毫秒。整个切换时序由31次连续切换组成，即2.945秒。

S240：所有过程过渡电阻都置于KI50x绝缘油中自然热交换。

S300：通过测温设备在通流时实时监测，得到多组切换操作的N个过渡电阻温度值。

S400：用多组切换操作的N个过渡电阻温度值建立分接开关过渡电阻温升曲线图，具体步骤如下：

S410：由于每次切换时间固定，分接开关过渡电阻温升曲线图用时间代替切换次数，使得离散数据转换为连续性曲线。

因为切换次数是离散的，只能对应一次切换后最高温度，而用时间作横坐标，就可以将过程中的温度也体现出来，将函数连续化。

S420：将过渡电阻冷却后，重复Q次S200-S300，得到每个时间采集点对应的Q个过渡电阻温度值，对的每个时间采集点对应的Q个过渡电阻温度值求平均值得到每个时间采集点过渡电阻温度平均温度。按照0.005s时间间隔提取温度值，即每隔0.005s为一个时间采集点，那么多次试验都按照这个时间间隔提取温度值，将Q次试验在同一个时间采集点提取的温度值求算术平均值即过渡电阻温度平均温度。

S500：根据分接开关过渡电阻温升曲线图所展示的温度与时间变化规律，定义过渡电阻温升评估函数。

S501：选取1-10、15、20MVA的负载容量进行温升仿真分析，得到温升曲线汇总如图5所示。

S502：选取其中最高温度拟合成不同负载容量下过渡电阻最高温升曲线，如图6所示。

S503:从不同负载容量下过渡电阻最高温升图可以的得到，过渡电阻切换时序内最高温升与负载容量呈现线性关系，满足：

T′＝27r+32

式中，T’为过渡电阻最高温度，单位为℃；r为负载容量，单位为MVA。

根据IEC 60214-1:2014分接开关的要求-第1部分：性能要求和测试方法，过渡电阻的温升最大允许值为350K。由图6的结果可知，最多能允许在12MVA负载容量下切换31次。

S510：预设指数函数作为评估函数的基础函数，具体步骤如下：

S511：预设评估函数为

T＝30+r(ae

式中，T为过渡电阻温度，单位为℃；r为负载容量，单位为MVA；t为时间，单位为s，a、b、c、d为一定范围内常数。

S520：根据分接开关过渡电阻温升曲线图上的特征位置，提取函数中待定常数的取值范围，并给出建议取值，具体步骤如下：

S521：a、b、c、d为一定范围内常数，a∈(28.07,29.4)，b∈(0.03303,0.03828)，c∈(-22.1,-20.94)，d∈(-0.5082,-0.4557)。为使拟合准确度大于95％，经分析后选择过渡电阻温升评估函数为

T＝30+6*(28.17e

S530：根据过渡电阻温升评估函数，预测换流变用有载分接开关过渡电阻切换后的最高温度。

S600：将待预测的换流变用有载分接开关过渡电阻按照S530中的定义，确定待预测开关过渡电阻切换后的温度，在切换次数对应的时间下温度值则为待预测的换流变用有载分接开关过渡电阻切换后的温度值。

选择额定级容量6MVA换流变用有载分接开关过渡电阻为研究对象，以切换一个时序为例，切换31次，t＝2.945s，带入温升过渡电阻评估函数后得到T＝146.27℃。而测试所得切换31次后过渡电阻温度为146℃，准确度为99.8％，可认为此评估模型是精确的。

图3为不同负载容量过渡电阻温升曲线图，可以明显发现：随着负载容量增加，温度变化的波动幅值范围增加。这是由于低负载容量时，过渡电阻发热较少，产生的温度差较小，从而热交换可以在较短时间内达到平衡；而高负载容量时，过渡电阻发热较多，产生的温度差较大，热交换需要可以更多的时间来达到平衡。图4为过渡电阻温升评估函数图，可以得到在分接开关切换初期，温度上升较为快速，随着切换不断进行，温度仍上升但明显缓慢，表明电阻丝与绝缘油之间热交换逐渐趋于平衡。若预测分接开关大量切换后温度情况，可采用多次切换过渡电阻温升评估函数，在确定负载容量后得到确定的温升预测评估函数，从而指导最大允许的切换次数，以减少分接开关研发与测试人员验证工作。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。