政平換流站換流變故障分析及處理

陸云才

(國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

發(fā)電技術(shù)

政平換流站換流變故障分析及處理

陸云才

(國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

通過對政平換流站換流變連續(xù)發(fā)生的幾起故障解體檢查分析，結(jié)合局部放電故障位置以及檢查的絕緣污染點，得出換流變敞開式油枕結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致故障缺陷發(fā)生的主要原因。敞開式油枕在長期運行中絕緣油易氧化、受潮，形成雜質(zhì)。在變壓器運行中由于熱脹冷縮交換以及油箱底部排油均有可能造成油中水分偏大以及雜質(zhì)進(jìn)入變壓器，在正對儲油柜下油口鐵心表面產(chǎn)生銹跡，在上鐵軛邊緣區(qū)域形成污染，在絕緣紙板形成局部受潮，積累到一定程度引發(fā)局部放電，從而導(dǎo)致故障發(fā)生。

換流變；局部放電；直流輸電；狀態(tài)檢修；故障

自2003年以來，超高壓、特高壓直流輸電系統(tǒng)在國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)主網(wǎng)架中具有重要的意義，從2000年±500 kV天廣直流、2003年±500 kV三常直流投運到2010年±800 kV云廣、2013年±800 kV向上、2014年±800 kV錦蘇特高壓直流工程正式投運，直流輸電系統(tǒng)在主網(wǎng)架中的作用越來越大[1]。但隨著大量換流變的投入使用，近年來運行中期換流變故障頻繁出現(xiàn)，國家電網(wǎng)及南方電網(wǎng)已投運換流變發(fā)生故障約30起，故障部位涉及繞組絕緣、套管、分接開關(guān)等多部位[2，3]。其中，±500 kV三峽—常州直流工程政平換流站換流變共發(fā)生故障10起，2013年政平換流站連續(xù)出現(xiàn)2臺換流變局放超標(biāo)、內(nèi)部放電性故障?？梢婋S著換流變運行年限的增加，必然會有更多的絕緣缺陷暴露出來。

1 故障簡述

2012年9月15日，政平換流站極1 011B A相換流變閥側(cè)套管因電壓測量異常退出運行，SF6氣體分解物檢測發(fā)現(xiàn)SO2含量較1月份有較大幅度上升，電容值較其他兩相套管增大33.3%，分析認(rèn)為該套管主屏電容發(fā)生局部擊穿。2013年1月18日，對更換套管后的原011B A相換流變進(jìn)行局放試驗，在試驗過程中檢測出大量局放，同時油色譜分析檢測發(fā)現(xiàn)乙炔含量從0增長到0.5 μL/L，該換流變已發(fā)生內(nèi)部放電性故障，2013年5月11日對該故障換流變進(jìn)行了返廠解體檢查。

2013年5月23日15∶06，極1 012B A相換流變非電量保護(hù)發(fā)輕瓦斯報警；16∶00油化驗發(fā)現(xiàn)換流變油中乙炔含量達(dá)到141.3 μL/L，氫氣含量193 μL/L，總烴含量275.1 μL/L；16點58分，極1正常閉鎖；18點再次對油樣進(jìn)行檢測，乙炔含量達(dá)到1 342.4 μL/L，氫氣含量1806 μL/L，總烴含量2 133.1 μL/L。同樣該換流變內(nèi)部已發(fā)生嚴(yán)重放電性故障，2013年7月9日返廠解體。

2 解體分析

檢查發(fā)現(xiàn)極1 011B A相換流變放電發(fā)生在局部，未形成線圈與地之間的貫穿通道。放電區(qū)域集中在柱2調(diào)壓線圈上部，涉及最上面一個角環(huán)的上表面及相應(yīng)的撐條、與角環(huán)連接的內(nèi)紙筒及相應(yīng)位置的旁軛紙筒，如圖1所示。放電部位正處于上軛鐵網(wǎng)側(cè)出線側(cè)邊緣下方。

圖1 調(diào)壓線圈內(nèi)部圍屏外表面放電痕跡

同樣，檢查發(fā)現(xiàn)極1 012B A相換流變放電發(fā)生在局部，未形成線圈與地之間的貫穿通道，如圖2所示。

圖2 鐵心地屏頂部擊穿部位

放電區(qū)域集中在柱2閥線圈上部出線位置上表面，涉及柱2閥線圈上部出線角環(huán)、上端部第一層角環(huán)，以及鐵心地屏絕緣，在地屏燒穿位置，解開多層包裹紙，燒蝕痕跡一直延續(xù)到地屏銅帶。放電部位處于閥側(cè)出線側(cè)上軛鐵邊緣下方。逐層解開閥側(cè)繞組圍屏，在第4圍屏紙板上發(fā)現(xiàn)大面積樹枝狀放電痕跡，如圖3所示。

圖3 閥側(cè)繞組圍屏紙板大面積樹枝狀放電痕跡

通過對2臺故障換流變的解體檢查發(fā)現(xiàn)故障部位均處于柱2線圈上鐵軛邊緣區(qū)域，涉及線圈上表面。上鐵軛上方共有3處儲油柜下油管口，儲油柜的絕緣油通過該油管進(jìn)入變壓器后，部分絕緣油經(jīng)鐵軛流入線圈上表面，如圖4所示。

圖4 儲油柜管路油口與器身線圈及鐵心的關(guān)系

該換流變?yōu)槌ㄩ_式儲油柜結(jié)構(gòu)變壓器，儲油柜中無膠囊，變壓器油直接暴露在空氣中，在長期運行中變壓器油易氧化、受潮，形成雜質(zhì)；在變壓器運行中由于熱脹冷縮交換及油箱底部排油造成油中水分偏大以及雜質(zhì)進(jìn)入器身，在正對儲油柜下油口鐵心表面產(chǎn)生銹跡，在上鐵軛邊緣區(qū)域形成污染顆粒，在絕緣紙板形成局部受潮，積累到一定程度引發(fā)局部放電[4]。因此故障起因可認(rèn)為儲油柜內(nèi)的污染物顆粒和水分，通過位于柱2線圈上方的最低儲油柜下油管口流入線圈造成該區(qū)域的局部放電。該區(qū)域閥側(cè)繞組端部角環(huán)絕緣，大量的多層絕緣紙板在交直流復(fù)合電壓的作用下，電場分布介于交流與直流之間，油紙絕緣缺陷在復(fù)合電壓下的局部放電產(chǎn)生機(jī)理與放電特性仍值得深入研究[5，6]。同時，由于換流變所處的長時間高負(fù)荷等特殊運行工況，過電壓與波形突變、高次諧波、溫度、水分以及油中顆粒度等因素均會對油紙絕緣局部放電的產(chǎn)生與發(fā)展產(chǎn)生影響[7]。

此外，針對解體檢查過程中發(fā)現(xiàn)的異常污跡，將有關(guān)材料、污染物取樣進(jìn)行金屬檢測和碳含量檢測。共有6個試樣，分別為1號下節(jié)油箱不成形異物、2號下夾件支板表面不成形異物、3號油枕進(jìn)油口鐵心表面污跡、4號調(diào)壓線圈靜電板表面紙樣、5號上夾件表面污跡、6號下鐵軛焦黑成形異物。碳黑測試的結(jié)果表明，樣品2（下夾件支板表面異物污跡）、樣品3（鐵心上扼油枕進(jìn)油日表面污跡異物）、樣品4（調(diào)壓線圈靜電板紙樣）、樣品5（上夾件表而異物污跡）中檢出了碳黑；樣品1（下節(jié)油箱異物）、樣品6（下鐵扼焦黑異物）未檢出碳黑。

由此可見，該批次敞開式結(jié)構(gòu)換流變產(chǎn)品存在影響安全運行的諸多質(zhì)量缺陷，另外檢查過程中發(fā)現(xiàn)的鐵心上鐵軛銹跡、油枕內(nèi)腔銹跡等，與前期故障分析過程中提出的“污染或受潮”吻合。

3 檢修及處理

該2臺換流變經(jīng)返廠檢查、異物清理、修復(fù)繞組和絕緣干燥處理后，恢復(fù)了繞組絕緣性能。主要的檢查內(nèi)容為查找并清理污染物、器身清洗、干燥，其中包括拆除上鐵軛，檢查并清理絕緣端圈上表面的污染。對疑似受損部位，包括調(diào)壓繞組上部角環(huán)、上部靠鐵心角環(huán)等進(jìn)行外觀和內(nèi)窺鏡檢查。若未發(fā)現(xiàn)明顯污染或受潮痕跡，則直接進(jìn)行恢復(fù)、清洗、干燥、試驗；若發(fā)現(xiàn)有明顯污染或受潮痕跡，對異常絕緣件進(jìn)行更換后進(jìn)行恢復(fù)、清洗、干燥。

基于該換流變經(jīng)過了十多年運行，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，絕緣耐受試驗按原出廠試驗標(biāo)準(zhǔn)試驗電壓的75%執(zhí)行。出廠試驗增加了75%電壓下的操作沖擊電壓試驗，關(guān)于極性反轉(zhuǎn)試驗，按IEC 61378標(biāo)準(zhǔn)的75%折算后為431 kV，低于500 kV運行電壓，且考核意義不大，則不進(jìn)行。

4 整體評估

2014年1月，在政平換流站大修期間對在運換流變及平抗進(jìn)行了全面拆引線的試驗評估、儲油柜內(nèi)部檢查等工作。色譜檢測發(fā)現(xiàn)，4臺換流變存在微量乙炔，011B A相乙炔含量0.1 μL/L，021B B相乙炔含量0.1 μL/L，該2臺換流變乙炔含量在0.1至0.2 μL/L區(qū)間波動；另外2臺022B A相、022B B相乙炔含量＜0.1 μL/L。儲油柜檢查發(fā)現(xiàn)極2 021A，021B，021C換流變絕緣油顏色較黃，酸值較高，絕緣油有所老化，而021PB平抗由于2008年絕緣油過濾后，較清澈，但在儲油柜放油口 （排污口）排油取樣瓶內(nèi)發(fā)現(xiàn)一塊絮狀物，十幾粒黑色金屬顆粒。政平換流站換流變、平抗本體絕緣油的油中顆粒數(shù)量總體符合標(biāo)準(zhǔn)，儲油柜絕緣油的油中顆粒污染情況較嚴(yán)重，部分設(shè)備的測試值遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)色譜分析、油中顆粒度和電氣試驗結(jié)果等狀態(tài)檢測參數(shù)綜合評估，在運換流變及平抗?fàn)顟B(tài)評價結(jié)果如表1所示，目前政平換流站已完成全站換流變及平抗的返廠檢修工作。2014年至今，全部換流變及平抗運行狀況正常。

表1 在運換流變及平抗?fàn)顟B(tài)評價結(jié)果

5 結(jié)束語

從2臺換流變返廠解體檢查情況看，污染點位置均位于低電位區(qū)域的絕緣表面，從起始到形成貫穿性放電通道需要一定的發(fā)展時間，表明此類缺陷有一個發(fā)展過程，給缺陷處理留有一定的處置時間，及時處理可以避免故障擴(kuò)大。2014年期間對該批次全部換流變及平抗進(jìn)行了返廠檢修，檢修后的換流變及平抗運行狀況正常。事實證明，通過開展換流變及平抗的狀態(tài)評估及返廠檢修，可大大提高運行中期換流變的安全可靠性。

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Failure Analysis and Solution of the Converter Transformers in Zhengping Converter Station

LU Yuncai
(State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute,Nanjing 211103,China)

Several converter-transformer failures occurred in succession in Zhengping converter station.Strip inspection analysis of these failures has been done considering the location of partial discharge and insulation pollution.The analysis show these failures mainly resulted from the open-type design of oil conservator for the converter transformer.During the long-term operation of the converter transformer,the insulating oil is easily oxidized and affected with damp,bringing in impurities.Besides,the design of thermal expansion and contraction alternating and oil drain at the bottom of the tank may get the oil extra water and the transformer impurities.The design defects can cause rust strains on the appearance of the iron core facing the oil filler of the conservator,partial damp of the insulating press board,as well as edge pollution of the upside iron yoke.Then Partial discharge will occur,followed by converter-transformer failures for qualitative change is caused by quantitative change.

converter transformer;partial discharge;HVDC;condition-based maintenance;accident

TM407

B

1009-0665（2016）06-0085-03

陸云才（1982），男，江蘇如皋人，高級工程師，從事電力設(shè)備狀態(tài)評估技術(shù)研究工作。

2016-08-20；

2016-09-30