換流變壓器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置改進建議

國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 秦曉俐

換流變壓器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置改進建議

國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 秦曉俐

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量直流輸電工程相繼投入運行。近年來，換流變壓器、平波電抗器缺乏可靠的油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置的問題日益顯現(xiàn)。本文針對直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊出現(xiàn)的故障情況，分析了現(xiàn)有換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置存在的問題，就泄漏監(jiān)測裝置提出了改進建議，并為設(shè)備制造廠家提供了參考。

換流變壓器；平波電抗器；泄漏監(jiān)測；改進建議

前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量直流輸電工程相繼投入運行。換流變壓器、平波電抗器是直流輸電工程中的核心設(shè)備，屬于大型充油設(shè)備，油枕氣囊常會因為安裝質(zhì)量問題、年限老化磨損、絕緣油處理操作等原因出現(xiàn)破裂現(xiàn)象[1]-[3]。近年來，直流輸電工程中多次出現(xiàn)換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊破裂的情況，嚴(yán)重威脅到直流輸電工程的穩(wěn)定運行，暴露出了換流變壓器、平波電抗器存在油枕氣囊缺乏泄漏監(jiān)測裝置及泄漏監(jiān)測裝置反應(yīng)不夠靈敏的問題，本文對近期直流輸電工程中的幾起故障進行了介紹，并針對換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置提出了改進建議。

1 油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置工作原理

如圖1所示，換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊是用來隔離本體內(nèi)絕緣油與外界空氣，避免產(chǎn)生直接接觸，平衡充油箱體內(nèi)部和外部大氣的壓力。當(dāng)負(fù)荷增大或環(huán)境溫度升高時，箱體內(nèi)部壓力大于大氣壓力，則氣囊向外排氣；當(dāng)負(fù)荷減小或環(huán)境溫度下降時，大氣壓力大于箱體內(nèi)部壓力，則氣囊吸氣，從而起到呼吸作用。

圖1 換流變壓器油枕氣囊原理圖

當(dāng)換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊破裂時，本體內(nèi)絕緣油與外界空氣會產(chǎn)生直接接觸，并形成油流通道。當(dāng)直流輸電系統(tǒng)負(fù)荷或環(huán)境溫度升高時，本體油溫油位迅速上升，對氣囊形成擠壓，導(dǎo)致油枕內(nèi)部的油順著油流通道從呼吸器流出，并形成虹吸效應(yīng)持續(xù)大量漏油，如圖2所示。

圖2 油枕呼吸器處大量漏油

若漏油時，油流速度過快或持續(xù)時間過長，會導(dǎo)致?lián)Q流變壓、平波電抗器本體重瓦斯保護動作引起直流輸電系統(tǒng)閉鎖的后果，對跨區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定運行造成嚴(yán)重影響。

目前，各直流輸電工程中部分換流變壓器、平波電抗器沒有油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置，具有泄漏監(jiān)測裝置的工程中均采用了電容值測量原理的泄漏監(jiān)測裝置，如圖3所示。

圖3 電容值測量原理泄漏監(jiān)測裝置

電容值測量原理泄漏監(jiān)測裝置工作原理：監(jiān)測探頭透過氣囊安裝蓋板處插入氣囊內(nèi)部，探頭與氣囊之間構(gòu)成一個電容。油枕氣囊未破損時，探頭處于空氣中，測量到的是一個小數(shù)值的初始電容值CA；油枕氣囊破損時，氣囊內(nèi)部有絕緣油注入，電容值將隨探頭被油所覆蓋區(qū)域面積的增加而增大達(dá)到CB。當(dāng)電容值CB與電容值CA的差值△C達(dá)到定值后，監(jiān)測裝置會提供一個硬接點報警信號給運維人員后臺監(jiān)控系統(tǒng)，后臺監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)出“油枕氣囊泄漏”報警報文。

2 發(fā)生的故障及存在的問題

近年來，各直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器發(fā)生了以下故障：

（1）2011年5月2日，復(fù)龍換流站直流輸電系統(tǒng)以1000MW功率運行過程中，極Ⅱ高端Y/Y-C相換流變壓器本體油枕呼吸器處持續(xù)嚴(yán)重漏油導(dǎo)致本體重瓦斯保護動作跳閘，極Ⅱ高端換流器閉鎖。停電后檢查發(fā)現(xiàn)該換流變壓器油枕氣囊破裂。該型號換流變壓器無油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置。

（2）2014年7月8日，團林換流站直流輸電系統(tǒng)輸送功率由2560MW上升至3000MW運行后，運維人員巡檢發(fā)現(xiàn)極Ⅰ平波電抗器本體油枕呼吸器處持續(xù)大量漏油，隨后運維人員帶電作業(yè)打開油枕抽真空閥使油枕內(nèi)部氣壓與大氣壓力平衡后不再漏油。在后期的設(shè)備年度檢修期間，檢查發(fā)現(xiàn)該平波電抗器油枕氣囊破裂。該型號平波電抗器無油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置。

（3）2015年6月12日，德陽換流站直流輸電系統(tǒng)輸送功率由600MW上升至1200MW運行后，運維人員巡檢發(fā)現(xiàn)極Ⅰ Y/△-B相換流變壓器本體油枕呼吸器處持續(xù)大量漏油。隨后，運維人員申請調(diào)度對該換流變進行停電檢查處理，發(fā)現(xiàn)該換流變壓器油枕氣囊存在兩處破裂。該型號換流變壓器具有電容值原理油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置，但在當(dāng)時大量漏油的情況下并未正常發(fā)出報警信號。

從以上故障來看，目前各直流輸電工程中關(guān)于換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊泄漏監(jiān)測方面存在以下問題：

（1）部分直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器未考慮油枕氣囊監(jiān)測手段，未安裝油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置。

（2）電容值測量原理泄漏監(jiān)測裝置的正確報警與傳感器探頭的完好性、監(jiān)測裝置電容值計算環(huán)節(jié)的正確性、報警定值設(shè)定的有效性、進入氣囊內(nèi)的油面高度等諸多因素有關(guān)，報警原理復(fù)雜，在現(xiàn)場運行過程中存在反應(yīng)不靈敏、動作不可靠的情況。

（3）目前，直流輸電工程設(shè)備定期停電檢修中未建立油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置校驗機制。

3 改進建議

直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊作為設(shè)備的附件，雖然不是設(shè)備的主要電氣元件，但其一旦出現(xiàn)故障若不能及時發(fā)現(xiàn)并采取處理措施將直接影響跨區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定運行。因此，直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊應(yīng)配置動作穩(wěn)定、可靠的泄漏監(jiān)測裝置。為了提高換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置的可靠性，切實發(fā)揮其功效，建議采取以下改進措施：

（1）鑒于激光檢漏裝置在其他工程領(lǐng)域的成功運用，建議換流變壓器、平波電抗器生產(chǎn)廠家考慮采用為基于光學(xué)原理的泄漏監(jiān)測裝置。

光學(xué)原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置設(shè)計構(gòu)想如圖4、5所示。

圖4 光學(xué)原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置

圖5 光學(xué)原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監(jiān)測探頭

光學(xué)原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置是基于光通過直角三棱鏡會發(fā)生全反射的原理，來實現(xiàn)對油枕內(nèi)部是否有絕緣油進入進行判斷，進而作出油枕氣囊是否破裂的判別。

光學(xué)原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置工作原理如下：如圖4所示，具有全反射棱鏡、鏤空外壁、一根發(fā)射光纖和一根收信光纖的激光監(jiān)測探頭被安放在換流變壓器油枕氣囊底部。油枕氣囊未破裂時，無換流變壓器絕緣油通過圖5中探頭鏤空外壁進入探頭內(nèi)部。泄漏探測裝置持續(xù)發(fā)出的激光信號在探頭內(nèi)不會經(jīng)過油面折射，激光信號直接通過探頭全反射棱鏡鏡面發(fā)生反射，反射回來的激光信號通過收信光纖返回至泄漏探測裝置。泄漏探測裝置檢測到回饋的激光信號，不發(fā)出換流變壓器油枕氣囊破裂報警；油枕氣囊破裂初期，少量的換流變壓器絕緣油進入油枕氣囊，絕緣油通過探頭鏤空外壁進入探頭內(nèi)部。泄漏探測裝置持續(xù)發(fā)出的激光信號在探頭內(nèi)會經(jīng)過油面折射，激光信號無法通過全反射棱鏡鏡面發(fā)生反射，泄漏探測裝置檢測不到回饋的激光信號，發(fā)出換流變壓器油枕氣囊破裂報警。

相對與原有的電容值測量原理泄漏監(jiān)測裝置，光學(xué)原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置實現(xiàn)手段簡單、原理可靠，而且可以實現(xiàn)故障的早期診斷，為運維人員采取緊急處理措施爭取時間。

（2）在新建的直流輸電工程中，建議換流變壓器、平波電抗器應(yīng)采用可靠性及靈敏性高的油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置；對于已投運工程，建議利用設(shè)備停電檢修機會進行技術(shù)改造。

（3）健全換流變壓器、平波電抗器定期停電檢修中油枕氣囊泄漏監(jiān)測裝置校驗機制，利用停電檢修機會對泄漏監(jiān)測裝置完好性、動作可靠性進行檢查，以保證設(shè)備穩(wěn)定運行。

[1]趙畹君．高壓直流輸電工程技術(shù)[M]．北京:中國電力出版社,2004．

[2]韓曉東,翟亞東．高壓直流輸電用換流變壓器[J]．高壓電器,2002,38(3)．

[3]章瑞慶．換流變油枕氣囊氣密性檢測及更換[J]．電力與能源,2013,34(6)．

秦曉俐（1980—），男，湖北宜昌人，工程師，碩士研究生，現(xiàn)工作于國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司特高壓交直流運檢中心，從事直流換流站運維管理工作。