換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽優(yōu)化改造措施研究

李 東 王典浪 曹 鴻

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局）

換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽優(yōu)化改造措施研究

李 東 王典浪 曹 鴻

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局）

隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展，直流輸電的重要性日益凸顯，而換流變?yōu)橹绷鬏旊娤到y(tǒng)的核心設(shè)備，其可靠性對(duì)直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行影響重大。換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管作為高壓引線對(duì)地絕緣和支持物,其重要作用已被人們所共識(shí)。而高壓套管的將軍帽是換流變的一個(gè)重要部件,因?yàn)樗粌H是高壓側(cè)引線的載流元件,提供與外部引線的連接,而且還是高壓套管頂部密封件,可保證換流變套管中絕緣油與外界隔絕?？梢?jiàn),對(duì)換流變而言, 高壓套管將軍帽的設(shè)計(jì)是否合理對(duì)換流變安全運(yùn)行至關(guān)重要。但是在實(shí)際運(yùn)行和維護(hù)中發(fā)現(xiàn), 牛寨換流站換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽設(shè)計(jì)不合理,對(duì)換流變安全運(yùn)行構(gòu)成了隱患，故必須對(duì)其進(jìn)行改造。

換流變；高壓套管；牛寨換流站；將軍帽；發(fā)熱故障。

0 引言

高壓直流輸電長(zhǎng)時(shí)間處于大負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)一次設(shè)備的考驗(yàn)非常嚴(yán)峻，一次設(shè)備發(fā)熱缺陷時(shí)常發(fā)生，尤其是換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽發(fā)熱尤為突出，且難以徹底有效的解決。換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致直流輸電系統(tǒng)單極強(qiáng)迫停運(yùn)，且長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致套管損壞。以牛寨換流站換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽發(fā)熱故障為背景，分析將軍帽發(fā)熱故障的原因，提出將軍帽的優(yōu)化改造方案，為今后換流站換流變運(yùn)維提供參考與借鑒。

1 牛寨換流站換流變網(wǎng)側(cè)套管發(fā)熱故障情況

溪洛渡工程牛從同塔雙回直流輸電電壓為±500 kV，2014年6月雙回正式投入運(yùn)營(yíng)，一端為云南省昭通市的牛寨換流站，另一端為廣東省廣州市的從西換流站。牛寨換流站共有運(yùn)行換流變24臺(tái)，備用換流變2臺(tái)，換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管均由南京電氣集團(tuán)公司生產(chǎn)，其型號(hào)為BRLW-550/1600-3。該類(lèi)型換流變套管在南方電網(wǎng)超高壓輸電公司內(nèi)共有59支，在運(yùn)47支。

自牛寨換流站投運(yùn)以來(lái)，122B換流變C相網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽發(fā)熱檢查處理3次。第1次發(fā)熱溫度達(dá)89.9℃，正常相溫度為34℃，環(huán)境溫度為20℃；第2次發(fā)熱溫度達(dá)51.1℃，正常相溫度33℃，環(huán)境溫度30℃；第3次發(fā)熱溫度達(dá)到127℃，正常相溫度35℃，環(huán)境溫度28℃，該極直流功率為1500MW。

前兩次發(fā)熱均判斷為引流線夾與將軍帽接觸不良導(dǎo)致，均按照拆開(kāi)引流線夾對(duì)接觸面進(jìn)行打磨等常規(guī)處理。第3次套管將軍帽發(fā)熱由于溫度過(guò)高，對(duì)將軍帽內(nèi)部進(jìn)行了檢查處理。經(jīng)檢查，引線板、將軍帽抱箍緊固良好，套管將軍帽內(nèi)部與套管導(dǎo)桿螺紋接觸面有大面積燒灼痕跡，該套管已不能投入運(yùn)行，需更換該套管。

2 發(fā)熱故障原因分析

結(jié)合套管運(yùn)維情況、現(xiàn)場(chǎng)檢查情況及返廠檢查情況，該套管頂部導(dǎo)電載流結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)電桿外螺紋與將軍帽內(nèi)螺紋螺接載流方式，此結(jié)構(gòu)導(dǎo)電載流能力主要受內(nèi)外螺紋配合加工精度、螺紋絲扣接觸長(zhǎng)度、內(nèi)外螺紋間壓緊力等因素影響，據(jù)此，對(duì)原套管頂部導(dǎo)電載流結(jié)構(gòu)分析后認(rèn)為，導(dǎo)致導(dǎo)管將軍帽發(fā)熱的主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）導(dǎo)電桿外螺紋與將軍帽內(nèi)螺紋配合加工精度參差不齊

導(dǎo)電桿外螺紋與將軍帽內(nèi)螺紋的配合加工精度將直接影響到載流部件的實(shí)際有效接觸面積，若內(nèi)外絲扣配合加工尺寸精度不高，載流部件的實(shí)際有效載流面僅為絲扣局部有效接觸面，這將導(dǎo)致載流面積不足，直接影響其載流能力。

（2） 未充分利用套管端部導(dǎo)電桿可螺接長(zhǎng)度

根據(jù)廠家設(shè)計(jì)制造工藝要求，該套管導(dǎo)電桿上部外露長(zhǎng)度為6～8cm，導(dǎo)電桿外螺紋與將軍帽內(nèi)螺紋絲扣接觸長(zhǎng)度控制在4～6cm，造成兩者存在約2cm差異的原因?yàn)閷④娒眱?nèi)螺紋前端為較大內(nèi)孔結(jié)構(gòu)（該內(nèi)孔并無(wú)作用），從提高設(shè)備載流裕度角度分析，現(xiàn)將軍帽結(jié)構(gòu)并未充分利用導(dǎo)電桿可螺接長(zhǎng)度，存在通過(guò)增加螺紋絲扣接觸長(zhǎng)度提高設(shè)備載流裕度的條件。

（3）將軍帽水平方向未定位

將軍帽、接線端子、引流線端子及相對(duì)較粗硬的引流線（約φ70）施加在套管頂部的垂直重量有50kg左右，且將軍帽是用大型專(zhuān)用扳手較大水平扭矩力緊固（約100Nm扭矩）。將軍帽與導(dǎo)電管之間為螺紋旋緊載流，旋緊后水平方向未定位，在引流線應(yīng)力和運(yùn)行中振動(dòng)等因素影響下，導(dǎo)致將軍帽轉(zhuǎn)動(dòng)，加之將軍帽內(nèi)螺紋和導(dǎo)電管螺紋間的配合精度不夠，使將軍帽在水平方向產(chǎn)生位移，直接影響導(dǎo)電桿外螺紋與將軍帽內(nèi)螺紋間的壓緊力，減小了載流面積，套管溫升增大，導(dǎo)致將軍帽螺紋松脫載流過(guò)熱。

（4）導(dǎo)電桿外螺紋與將軍帽內(nèi)螺紋間壓緊力受外部應(yīng)力及溫升形變影響較大

采用螺接結(jié)構(gòu)導(dǎo)電的接觸面載流能力受螺紋間壓緊力影響較大，該套管導(dǎo)電桿外螺紋與將軍帽內(nèi)螺紋間的壓緊力主要由將軍帽擰緊后與套管儲(chǔ)油柜間的O型密封圈（該密封圈僅設(shè)計(jì)為防水防潮作用）的縱向彈力提供。根據(jù)廠家設(shè)計(jì)尺寸，在將軍帽擰緊及套管無(wú)溫升時(shí)，該O型密封圈的壓縮量約為2mm，但當(dāng)變壓器套管運(yùn)行存在溫升后，套管導(dǎo)桿因溫升膨脹將向外伸長(zhǎng)（伸縮率約1mm/10K)，換流變額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，套管溫升約20℃。此時(shí)，因?qū)U溫升伸長(zhǎng)導(dǎo)致O型密封圈壓縮量幾乎為零，套管導(dǎo)電桿外螺紋與將軍帽內(nèi)螺紋間的壓緊力僅由將軍帽及導(dǎo)線自身較小重力提供，造成該接觸面載流能力嚴(yán)重下降，套管溫升增大，溫升增大后將進(jìn)一步使導(dǎo)桿膨脹向外伸長(zhǎng)，最終使O型密封圈完全處于釋放松動(dòng)狀態(tài)。這將會(huì)使雨水、潮氣等進(jìn)入將軍帽內(nèi)部，腐蝕將軍帽內(nèi)部與導(dǎo)電桿螺紋，進(jìn)一步加聚了發(fā)熱。

綜合以上研究分析，套管頂部將軍帽部位過(guò)熱故障原因?yàn)椋簩④娒迸c導(dǎo)電管之間為螺紋旋緊載流，旋緊后未水平方向定位，在引流線應(yīng)力和運(yùn)行中振動(dòng)等因素影響下，會(huì)導(dǎo)致將軍帽螺紋松脫，將軍帽與導(dǎo)電管螺紋接觸不均勻、載流截面不足造成發(fā)熱，并最終導(dǎo)致燒蝕。

3 優(yōu)化改造可行性方案研究

本著改造易操作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，盡量減少停電改造時(shí)間，充分利用現(xiàn)有套管基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)條件，降低改造成本的原則。在拆除原將軍帽后發(fā)現(xiàn)，原套管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在將軍帽底下的過(guò)渡板上已有均勻分布6×M10（深12）的備用螺紋盲孔，但原將軍帽無(wú)對(duì)應(yīng)通孔。只要在原套管將軍帽與導(dǎo)電管螺紋配合結(jié)構(gòu)部位增加螺栓定位，將原將軍帽改造成具有彈性形變功能，在將軍帽與導(dǎo)電管中間采取并緊措施，是能夠現(xiàn)場(chǎng)改造的。

4 制定優(yōu)化改造方案

針對(duì)原網(wǎng)側(cè)套管將軍帽無(wú)水平定位和無(wú)長(zhǎng)期并緊力缺陷，采取螺栓水平定位和在將軍帽與導(dǎo)電桿中間加裝并緊螺母并緊方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改造,改造后將軍帽簡(jiǎn)圖及改造操作說(shuō)明如圖1所示。

（1）制作新型將軍帽

用紫銅棒加工新型將軍帽，加長(zhǎng)內(nèi)部旋接螺紋，比原將軍帽長(zhǎng)10mm，提高將軍帽內(nèi)螺紋配合加工精度。在將軍帽外沿焊接用紫銅板沖壓成型的彈性板（厚2 mm），將軍帽與彈性板連接處焊縫為雙面焊接，焊接后鍍錫。在導(dǎo)電管與將軍帽中間加裝用鑄硅黃銅鍍錫制作的并緊螺母，厚10 mm。改造后增加旋接螺紋配合長(zhǎng)度20mm，充分利用原導(dǎo)電管頭部螺紋長(zhǎng)度。在新制作將軍帽彈性板上均勻打6×φ11通孔對(duì)應(yīng)原過(guò)渡板上已有均勻分布6×M10的備用螺紋盲孔圓周，新將軍帽與原將軍帽外形及尺寸相同。

（2）對(duì)新型將軍帽采取水平定位措施

1）在將軍帽與導(dǎo)電管中間采取并緊措施，加裝并緊螺母，可控制將軍帽水平移動(dòng)。

2）在將軍帽彈性板圓周上加裝6顆定位螺栓，可控制將軍帽水平移動(dòng)。

圖1 改造后將軍帽簡(jiǎn)圖及改造操作說(shuō)明

（3）對(duì)新型將軍帽采取有效密封措施

原將軍帽和過(guò)渡板之間采用 “O”形丁腈材料橡膠墊，該種橡膠墊形變能力差，易老化。新型將軍帽與過(guò)渡板之間采用壓縮量大、耐高溫和壽命長(zhǎng)的“O”形軟木橡膠墊，代替“O”形丁腈材料橡膠墊。根據(jù)分析套

圖2 改造后將軍帽實(shí)物圖

5 改造方案的創(chuàng)新性

通過(guò)對(duì)牛寨換流站換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽發(fā)熱故障原因的深入研究，準(zhǔn)確地分析出將軍帽發(fā)熱故障原因，并研究制定了現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)施改造方案。

該改造方案的創(chuàng)新性如下：

1）不需改變?cè)坠芙Y(jié)構(gòu)。充分利用原套管導(dǎo)電頭頂部結(jié)構(gòu)，在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，具有投資少、工期短等特點(diǎn)。

2）將原將軍帽改造成具備彈性形變功能。在新型將管正常運(yùn)行時(shí)將軍帽與過(guò)渡板之間的間隙最大增加量應(yīng)為0.8mm左右情況，“O”形軟木橡膠墊壓縮量只要不小于0.8mm，就能更好地起到防雨水潮氣和防污穢作用。改造后和改造前的對(duì)比如圖2、圖3所示。軍帽外沿焊接用紫銅板沖壓成型的彈性板，使將軍帽在導(dǎo)電管因熱膨脹時(shí)具有一定的形變功能，同時(shí)能保證將軍帽底部與外界隔絕。

圖3 改造前將軍帽

3）新型將軍帽具有水平定位功能。通過(guò)在將軍帽與過(guò)渡板中間加裝并緊螺母和在彈性板圓周上加裝6顆定位螺栓，使得將軍帽具有水平方向定位功能，當(dāng)將軍帽收到引流線應(yīng)力和換流變震動(dòng)影響時(shí)，可保證將軍帽在水平方向不位移，不傾斜，從而使得將軍帽內(nèi)部螺紋與導(dǎo)電管連接緊密。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)換流變網(wǎng)側(cè)高壓套管將軍帽優(yōu)化改造措施研究，準(zhǔn)確分析出了該類(lèi)型套管將軍帽發(fā)熱的原因，該研究成果完全能夠應(yīng)用于所有該類(lèi)型套管將軍帽的改造，可徹底解決該類(lèi)型套管將軍帽發(fā)熱故障的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)施性高，對(duì)提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性具有重要意義，可為今后換流站換流變運(yùn)維提供參考與借鑒。

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2016-09-22）