換流變閥側(cè)套管運(yùn)行維護(hù)問(wèn)題分析及處理

黃岳奎

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004)

在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器 (下稱(chēng)換流變)是最重要的設(shè)備之一。這是由于其處在交流電和直流電互相變換的核心位置以及在設(shè)備制造技術(shù)方面的復(fù)雜性和設(shè)備貴重決定的。換流變?cè)诠ぷ髟砗徒Y(jié)構(gòu)等方面與一般變壓器類(lèi)似，最主要的差別就是在閥側(cè)繞組同時(shí)承受交流電壓和直流電壓〔1〕。換流變接到與交流電網(wǎng)相連的換流站交流母線上的繞組稱(chēng)為網(wǎng)側(cè)繞組，接到換流閥的繞組稱(chēng)為閥側(cè)繞組，與之相連的套管即為閥側(cè)套管。

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)直流超高壓和特高壓工程的增加，換流變直流套管 (閥側(cè)套管)的運(yùn)行數(shù)量也在逐年增加。由于直流套管的制造工藝難度較大，絕大部分換流變套管均是由國(guó)外制造，在運(yùn)行過(guò)程中暴露出不少問(wèn)題，如SF6充氣套管中分解物或微水含量超標(biāo)，套管根部漏油，SF6充氣套管內(nèi)部壓力低導(dǎo)致直流閉鎖，套管末屏接地不良，套管外絕緣 (硅橡膠)破裂等。

1 換流變閥側(cè)套管特點(diǎn)

鵝城換流站是三廣直流輸電的落腳點(diǎn)，是三峽電力送往廣東的唯一通道，是聯(lián)絡(luò)國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的重要變電工程。換流站有單相雙繞組換流變12臺(tái)，換流變閥側(cè)套管共24支，采用油和SF6氣體混合絕緣。它分為內(nèi)、外兩部分:套管內(nèi)部下半部分充油，與變壓器油連通;外部主要包括玻璃纖維帶環(huán)氧樹(shù)脂管、硅橡膠外裙組成的絕緣體，并充上一定壓力的SF6氣體。

1)套管末屏處加裝電壓測(cè)量裝置。每臺(tái)換流變的閥側(cè)套管編號(hào)為a和b，其中b套管末屏直接接地，其結(jié)構(gòu)與常規(guī)套管一致;a套管末屏加裝了1個(gè)阻容分壓器，可用來(lái)測(cè)量換流變閥側(cè)相電壓，用于換流變中性點(diǎn)偏移保護(hù)。

換流變閥側(cè)電壓通過(guò)a套管上的末屏電壓測(cè)量裝置即可求得，例如，假設(shè)套管主電容為C1，末屏電壓監(jiān)視裝置內(nèi)分壓電容為C2，監(jiān)測(cè)C2上的電壓為V2，則可求得換流變閥側(cè)電壓為:V1=V2·(C1+C2)/C1。所以如果套管主絕緣的電容量發(fā)生變化，直接影響到換流變閥側(cè)電壓的測(cè)量結(jié)果。

2)套管安裝2個(gè)SF6氣體壓力繼電器，但無(wú)壓力顯示裝置。換流變穿墻套管a套管和b套管各配置了2個(gè)SF6密度繼電器，當(dāng)壓力為0.35 MPa時(shí)，Ⅰ段報(bào)警;當(dāng)壓力為0.33 MPa時(shí)，Ⅱ段報(bào)警;當(dāng)壓力為0.31 MPa時(shí)，發(fā)Ⅲ段跳閘信號(hào)。每個(gè)繼電器提供2對(duì)報(bào)警接點(diǎn)和1對(duì)跳閘接點(diǎn)，即Ⅰ段報(bào)警、Ⅱ段報(bào)警和Ⅲ段跳閘。目前報(bào)警和跳閘接點(diǎn)均分別一一接入控制系統(tǒng)。

3)閥側(cè)套管外絕緣受環(huán)境影響小。換流變閥側(cè)套管采用插入閥廳布置形式，套管的整個(gè)外絕緣都暴露于閥廳內(nèi)，而閥廳是一個(gè)相對(duì)封閉的空間，且安裝有空調(diào)以控制閥廳內(nèi)的溫度和濕度，保持閥廳為微正壓和空氣潔凈。這種良好的運(yùn)行環(huán)境既可以減小閥側(cè)套管的爬電距離，也可防止套管的不均勻濕閃。但這種方式增加了閥側(cè)套管的更換難度，若套管發(fā)生故障，必須先將換流變連同套管整體移出閥廳，以留出足夠的空間用于套管的更換工作。

2 問(wèn)題及解決方法

2.1 SF6氣體含水量超注意值

2011年11月，鵝城換流站對(duì)極Ⅰ換流變、平抗及備用換流變閥側(cè)套管SF6氣體含水量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)絕大部分套管SF6氣體含水量超過(guò)注意值。

分析認(rèn)為，導(dǎo)致套管SF6含水量增長(zhǎng)的原因可能是制造過(guò)程中對(duì)套管內(nèi)部絕緣材料的含水量控制不嚴(yán)格，長(zhǎng)期運(yùn)行后絕緣材料中水分向SF6氣體中釋放的結(jié)果。

2012年停電檢修期間，對(duì)其中2支SF6氣體含水量最大的套管 (011B-A相a套管和012B-C相b套管)進(jìn)行了換氣工作，換氣后測(cè)量含水量分別為210 mg/L和200 mg/L。2013年3月復(fù)測(cè)結(jié)果為576 mg/L和600 mg/L，而其它套管的SF6氣體含水量與上次相比變化不大。

從上述結(jié)果可以得出:當(dāng)SF6氣體含水量和套管內(nèi)部絕緣材料的含水量達(dá)到一個(gè)平衡后，基本保持穩(wěn)定;當(dāng)SF6氣體中的含水量變小后 (如更換新氣)，兩者平衡破壞，絕緣材料中的水分子迅速釋放到SF6氣體中，這就是2013年測(cè)得的SF6氣體含水量再次迅速上升的原因。

此現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)其它換流站同類(lèi)型設(shè)備中也出現(xiàn)過(guò)，目前鵝城換流站采取的措施是每年停電期間對(duì)所有換流變閥側(cè)套管的SF6氣體含水量進(jìn)行測(cè)量，跟蹤其變化趨勢(shì)，若含水量有進(jìn)一步明顯增大的趨勢(shì)，則需采取措施，更換SF6氣體或套管。

2.2 SF6壓力繼電器保護(hù)的改進(jìn)

目前SF6密度繼電器配置方式為每個(gè)套管擁有2個(gè)密度繼電器 (A和B)，每個(gè)繼電器各有1副Ⅰ段報(bào)警，1副Ⅱ段報(bào)警及1副Ⅲ段跳閘信號(hào)，A，B繼電器分別將3副信號(hào)送往IO系統(tǒng)的A和B，如圖1所示。根據(jù)設(shè)計(jì)原理，任意單個(gè)繼電器跳閘信號(hào)發(fā)出均可閉鎖直流，所以該配置情況存在著單條回路/節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 改進(jìn)前繼電器跳閘硬件回路

2012年停電檢修期間，已對(duì)該非電量保護(hù)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了三取二方案。即把2個(gè)繼電器的2副Ⅱ段報(bào)警和2副Ⅲ段跳閘信號(hào)分別并聯(lián)同時(shí)送ETCSA和ETCSB系統(tǒng)，這樣每套ETCS可以同時(shí)收到來(lái)自繼電器的5副節(jié)點(diǎn)信息 (如圖2):對(duì)ETCSA而言，可以收到 Alarm1_A，Alarm2_A，Alarm2_B，tripA，tripB;對(duì)ETCSB而言，可以收到Alarm1_B，Alarm2_B，Alarm2_A，tripA，tripB，然后在軟件中實(shí)現(xiàn)三取二邏輯。改造后的邏輯為:((Alarm2_A‖Alarm2_B)＆tripA)‖((Alarm2_A‖Alarm2_B)＆tripB)‖(tripA＆tripB)，即任意Ⅱ段報(bào)警與跳閘1相與、任意Ⅱ段報(bào)警與跳閘2相與、跳閘1與跳閘2相與，3個(gè)任意2個(gè)輸出為1即跳閘。這樣修改后，2個(gè)系統(tǒng)依然可以分別監(jiān)視告警，還有效防止任一接點(diǎn)誤動(dòng)導(dǎo)致極閉鎖風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 改進(jìn)后繼電器跳閘硬件回路

2.3 套管例行試驗(yàn)方法的改進(jìn)

換流變閥側(cè)套管的例行試驗(yàn)項(xiàng)目主要為套管電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量。由于換流變閥側(cè)套管與換流閥相連，斷復(fù)引難度較大，且一般換流站集中停電檢修工期短，而變壓器套管數(shù)量多，每個(gè)套管試驗(yàn)都斷引，從時(shí)間上考慮也不允許，所以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)一般都在不斷引的條件下進(jìn)行。按照《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》提供的方法，從套管末屏的試驗(yàn)端子施加2 kV電壓，套管高壓引線接地，把高壓接地電流接入測(cè)量系統(tǒng)。

這種方法特點(diǎn)是:試驗(yàn)時(shí)不需要斷引，合上閥側(cè)套管地刀即可，但此方法測(cè)量的電容并不是主絕緣電容，而是主絕緣電容與末屏電容的并聯(lián)值。

為了能夠找到準(zhǔn)確測(cè)量閥側(cè)套管主絕緣電容量及介損的試驗(yàn)方法，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證和對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在套管不斷引、閥側(cè)套管地刀拉開(kāi)的條件下，采用從末屏加2 kV的正接法測(cè)量，結(jié)果更加準(zhǔn)確地反映了主絕緣的電容及介損。由于此方法在套管末屏施加2 kV電壓，而一次側(cè)接地刀閘拉開(kāi)，在一次側(cè)耦合的電壓肯定小于2 kV，遠(yuǎn)小于晶閘管元件的反向不重復(fù)峰值電壓8.1 kV，所以對(duì)與套管直接相連的換流閥不會(huì)產(chǎn)生任何影響。

這種方法特點(diǎn)是:試驗(yàn)時(shí)也不需要斷引，但閥側(cè)套管地刀需拉開(kāi)，對(duì)換流閥的影響也很小，而且測(cè)量結(jié)果能準(zhǔn)確反映套管的主絕緣。目前，國(guó)內(nèi)其它換流站的換流變閥側(cè)套管試驗(yàn)均已采用此方法。

2.4 取消末屏蓋內(nèi)接地彈片

對(duì)于a套管的末屏接地方式 (經(jīng)阻容分壓器后接地)，存在末屏蓋內(nèi)接地彈片與末屏短接的隱患:換流變保護(hù)從阻容分壓器取電壓量，如果末屏與末屏蓋內(nèi)接地彈片短接，則保護(hù)所取電壓為0，可能造成保護(hù)誤動(dòng)作。從結(jié)構(gòu)上分析，該接地彈片若松動(dòng)，有可能造成末屏端子直接接地，即阻容分壓器兩端接地，導(dǎo)致測(cè)量電壓為0。

與廠家溝通后，廠家同意取消該類(lèi)型套管末屏蓋內(nèi)的接地彈片。該項(xiàng)工作已在2009年進(jìn)行，目前所有套管運(yùn)行正常，該隱患已消除。

3 建議及注意事項(xiàng)

3.1 增加在線監(jiān)測(cè)手段

由于換流變閥側(cè)套管位于閥廳內(nèi)，且無(wú)SF6氣體壓力顯示裝置，所以運(yùn)行過(guò)程中不能掌握套管內(nèi)部SF6氣體壓力以及泄漏情況?？煽紤]增加在線監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)SF6氣體壓力進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)。

3.2 備用換流變閥側(cè)套管末屏的防潮

換流變、平抗等屬于重大型設(shè)備，一般換流站都有備用換流變及平抗安裝在現(xiàn)場(chǎng)。正常運(yùn)行的閥側(cè)套管位于閥廳內(nèi)，末屏不存在受潮問(wèn)題，而備用套管一般都位于戶(hù)外，而對(duì)于a套管，套管末屏處有引出線與加裝的阻容分壓器相連，潮氣或雨水很容易從此引出線處進(jìn)入，造成末屏絕緣偏低。所以必須做好引出線出口的密封，并在末屏上部增加防雨罩，防止雨水順著引出線進(jìn)入末屏內(nèi)。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2004:318-319.