換流變鐵芯夾件故障分析及處理

陳茜茜，劉 坤

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 檢修分公司，江蘇 南京 211102）

0 引 言

變壓器是電網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)其故障的研究一直是電網(wǎng)故障分析研究的重點(diǎn)。相較于交流變電站，換流站變壓器故障的研究起步較晚，一些故障的類型及特點(diǎn)與交流變壓器存在很大不同。本文針對(duì)換流變經(jīng)常出現(xiàn)的鐵芯夾件故障進(jìn)行分析，對(duì)以后該類換流變故障分析意義重大[1-2]。

1 換流變鐵芯夾件結(jié)構(gòu)

圖1是換流變鐵芯夾件的結(jié)構(gòu)圖。可以看出，在鐵芯的上鐵軛裝有上金屬夾件，在下鐵軛裝有下金屬夾件，兩個(gè)金屬夾件之間通過金屬進(jìn)行連接。繞組纏繞在鐵芯上面，并通過軸固定在上夾件和下夾件之間。上夾件或下夾件上的引線固定在支架上。鐵芯的下鐵軛裝有絕緣下墊。為解決換流變?cè)谝苿?dòng)過程中出現(xiàn)移位的問題，會(huì)對(duì)換流變內(nèi)部各器件進(jìn)行固定和定位。夾件與油箱的固定，主要通過夾件定位結(jié)構(gòu)完成[3-4]。

2 換流變鐵芯夾件故障原因分析

特高壓變壓器為單相、油浸以及中性點(diǎn)變磁通無勵(lì)磁調(diào)壓自耦變壓器，由主體變和調(diào)壓補(bǔ)償變兩部分組成，主要作用為傳輸電力。特高壓換流變壓器為單相雙繞組油浸式結(jié)構(gòu)，除了具備傳輸電力功能外，還需提供兩組幅值相等、相位相差30°（基波電角度）的三相對(duì)稱的換相電壓，以實(shí)現(xiàn)12脈動(dòng)換流。圖2為12脈動(dòng)換流器。

圖1 鐵芯夾件結(jié)構(gòu)

換流變運(yùn)行環(huán)境如圖3所示，和交流變壓器不同，換流變所處的換流站內(nèi)有直流設(shè)備和交流設(shè)備。當(dāng)換流變帶電運(yùn)行時(shí)，周圍的磁場環(huán)境較為復(fù)雜。不僅繞組和分接開關(guān)等主要部件受影響較大，容易引發(fā)故障，而且鐵芯和夾件也因處在非均勻磁場中，且其離繞組的距離各不相同，受磁場感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢大小各不相等，使得鐵芯和夾件之間會(huì)產(chǎn)生電位差。

圖2 12脈動(dòng)換流

圖3 換流變運(yùn)行環(huán)境

換流站投運(yùn)的最初幾年，由于鐵芯和夾件的絕緣標(biāo)準(zhǔn)較高且各自接地，鐵芯和夾件不會(huì)出現(xiàn)影響換流變的正常運(yùn)行。但是，隨著換流變運(yùn)行時(shí)間變長，加之換流變運(yùn)行中震動(dòng)較大，鐵芯及夾件之間的絕緣下降。當(dāng)絕緣性能降低到一定水平時(shí)，鐵芯和夾件之間的電位差就會(huì)發(fā)生放電。長此以往，鐵芯電流增大，引起換流變內(nèi)部異常，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q流變運(yùn)行故障。

3 典型故障案例及處理對(duì)策

3.1 案例概述

某換流站，運(yùn)維人員在日常運(yùn)維過程中發(fā)現(xiàn)換流變夾件接地，全電流測量值超過70 A。隨后運(yùn)維人員對(duì)換流變?cè)诰€油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)乙炔等重要數(shù)據(jù)都在合理范圍內(nèi)。檢修班取油進(jìn)行油化試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)都在合理范圍內(nèi)。運(yùn)維人員開展紅外測溫，換流變各重要部件溫度都在合理范圍內(nèi)，運(yùn)行過程中未見異響。測試絕緣電阻發(fā)現(xiàn)，夾件對(duì)箱殼絕緣電阻低，用萬用表進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)處于導(dǎo)通狀態(tài)。

3.2 處理對(duì)策

結(jié)合上述檢查結(jié)果，檢修人員認(rèn)為，造成電流值過大的原因?yàn)閵A件對(duì)箱殼絕緣電阻較低。檢修人員經(jīng)過和廠家專業(yè)人員的商議，并綜合考慮現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，決定在換流變夾件與油箱之間接入電阻，提高絕緣水平，降低接地電流。經(jīng)過討論，決定接入電阻值為400 Ω且額定功率為400 W的電阻。檢修完成后進(jìn)行復(fù)測，入地電流小于10 mA，滿足現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)定。

3.3 原因分析

對(duì)近幾年鐵芯夾件入地電流較大和絕緣水平降低的情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這種情況的因素較多，但主要由以下幾種原因?qū)е?。第一，夾件對(duì)地引線出現(xiàn)破損，導(dǎo)致絕緣水平降低。第二，夾件上下定位由于設(shè)計(jì)問題出現(xiàn)絕緣破損情況，導(dǎo)致接地電流增大。這種情況一般出現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)間較長的換流變中。第三，夾件金屬件和油箱之間出現(xiàn)異物，導(dǎo)致出現(xiàn)搭接現(xiàn)象。

4 運(yùn)行維護(hù)對(duì)策

4.1 提高巡檢質(zhì)量

換流站占地面積大且設(shè)備多，巡檢人員巡檢量較大。一般巡檢人員巡檢過程中主要關(guān)注主要設(shè)備的主要組成部分。以換流變?yōu)槔?，一般關(guān)注油位、分接開關(guān)檔位以及冷卻器等情況，對(duì)其他設(shè)備關(guān)注較少。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，近幾年換流變鐵芯夾件故障是換流器故障中的重要故障。巡檢人員在日常巡檢過程中，要加強(qiáng)對(duì)鐵芯夾件外部接地點(diǎn)的關(guān)注。如果有異物要及時(shí)處理，并結(jié)合常規(guī)檢修工作對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行絕緣監(jiān)測，確保鐵芯與夾件的絕緣水平滿足換流變運(yùn)行要求。

4.2 提高在線監(jiān)測使用效果

鐵芯夾件故障主要的特點(diǎn)是鐵芯電流增加，油色譜相關(guān)數(shù)值出現(xiàn)異常。針對(duì)這種情況，運(yùn)維人員要加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測設(shè)備的使用頻率，在使用過程中重點(diǎn)關(guān)注鐵芯夾件電流數(shù)值，并進(jìn)行比對(duì)。若發(fā)現(xiàn)存在上升趨勢，要立刻采取相關(guān)測試進(jìn)行確認(rèn)，確定存在上升趨勢后，則需立刻采取相關(guān)措施。目前，一些換流站在線監(jiān)測系統(tǒng)并未具備采集鐵芯接地電流的功能。針對(duì)這種情況，要及時(shí)開展技術(shù)改造，及時(shí)將鐵芯接地電流納入在線監(jiān)測系統(tǒng)。鐵芯夾件入地電流監(jiān)視系統(tǒng)如圖4所示。對(duì)于在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況，要開展技術(shù)攻關(guān)，減少轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)，提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。同時(shí)，輕瓦斯作為鐵芯夾件故障的一種輔助信息，運(yùn)維人員也要加強(qiáng)監(jiān)視。

圖4 鐵芯夾件入地電流監(jiān)視

4.3 開展技術(shù)提升

換流變鐵芯夾件故障是目前發(fā)現(xiàn)的新問題，在后續(xù)換流變開發(fā)過程中要加強(qiáng)技術(shù)升級(jí)，針對(duì)這類故障進(jìn)行針對(duì)性分析。例如，加強(qiáng)鐵芯夾件絕緣水平，對(duì)鐵芯和夾件接地線未單獨(dú)引出的換流變要進(jìn)行針對(duì)性整改，確保接地線單獨(dú)引出，避免由于電位不同形成環(huán)流。重新設(shè)計(jì)鐵芯夾件接地線的安裝位置，確保兩條獨(dú)立的接地引線不會(huì)因?yàn)楫愇镄纬苫芈?。同時(shí)，安裝的位置要便于測量。

4.4 加強(qiáng)離線檢測

現(xiàn)代在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但是由于轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多，可靠性方面依然存在問題。由于換流變的油出現(xiàn)異常是換流變鐵芯夾件出現(xiàn)故障的一個(gè)明顯現(xiàn)象，因此為了提高換流變鐵芯夾件故障的監(jiān)測能力應(yīng)定期開展監(jiān)測工作。運(yùn)維人員應(yīng)制定工作計(jì)劃，按周期聯(lián)系相關(guān)單位進(jìn)行取油樣檢測工作，并對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行留存、比對(duì)以及分析，確保換流變油色譜數(shù)據(jù)平穩(wěn)無異常。同時(shí)，取油樣過程要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定，避免因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而導(dǎo)致雜質(zhì)誤入換流本體引發(fā)內(nèi)部故障。換流站要結(jié)合年度檢修工作，制定計(jì)劃全面檢查對(duì)換流變鐵芯夾件，制定相應(yīng)的絕緣測試方案，并比對(duì)分析每年的記錄。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)立即制定消缺計(jì)劃，消缺完成后應(yīng)加強(qiáng)離線檢測，確保缺陷完全消除才能將換流變轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié) 論

由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境的不同，在日常運(yùn)行工作中，換流變鐵芯夾件更容易發(fā)生故障。本文通過具體案例分析換流變鐵芯夾件故障產(chǎn)生的原因，結(jié)合日常運(yùn)維人員的習(xí)慣，提出了針對(duì)性的運(yùn)維方案，以提高換流變的運(yùn)維水平。