一起特高壓換流變壓器閥側(cè)操作沖擊擊穿試驗(yàn)故障分析

曾磊磊，李宇捷，王 鵬，萬 華，童 濤

（1.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院， 江西 南昌 330096，2.南昌工程學(xué)院， 江西 南昌 330000）

0 引言

特高壓直流輸電具有輸送容量大、線路損耗小、線路造價(jià)低等特點(diǎn)，是促進(jìn)全國(guó)能源資源優(yōu)化布局的重要措施[1-2]。特高壓換流變壓器作為直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其設(shè)備質(zhì)量關(guān)乎大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。特高壓換流變壓器作為交流和直流系統(tǒng)的連接樞紐，其網(wǎng)側(cè)繞組連接交流系統(tǒng)，閥側(cè)繞組經(jīng)整流裝置與直流輸電系統(tǒng)相連，在整流和逆變側(cè)實(shí)現(xiàn)直流和交流的轉(zhuǎn)換，與常規(guī)交流變壓器不同，換流變壓器需同時(shí)承受交流和直流電壓[3]。因此，換流變壓器絕緣結(jié)構(gòu)與電場(chǎng)分布更為復(fù)雜，也必須經(jīng)過更為嚴(yán)格出廠試驗(yàn)考核。

文中對(duì)一起特高壓換流變?cè)诔鰪S試驗(yàn)中的閥側(cè)操作沖擊試驗(yàn)發(fā)生擊穿故障進(jìn)行分析，通過油中溶解氣體氣相色譜分析，結(jié)合排油內(nèi)檢與解體檢查，判斷故障原因?yàn)殚y側(cè)成型引線端部均壓銅管存在凸起尖端，在操作沖擊電壓下發(fā)生放電擊穿，并提出針對(duì)性的防范措施及建議，提升了特高壓換流變的質(zhì)量管控水平。

1 故障情況

1.1 故障前情況

在閥側(cè)操作試驗(yàn)前，該臺(tái)換流變已經(jīng)完成了表1中的出廠試驗(yàn)。

表1 故障前已完成的試驗(yàn)項(xiàng)目

1.2 閥側(cè)操作沖擊試驗(yàn)方法

閥側(cè)操作沖擊試驗(yàn)接線如圖1所示。

圖1 閥側(cè)操作沖擊試驗(yàn)接線

由圖1可知，閥側(cè)操作沖擊試驗(yàn)是使用沖擊電壓發(fā)生器對(duì)短接后的閥側(cè)繞組施加沖擊電壓，所加電壓波形需滿足以下條件：

電壓峰值：1 050 kV（負(fù)極性）；

波前時(shí)間Tp：250±20%μs；

波尾時(shí)間T2：2 500±60%μs。

利用電容分壓器檢測(cè)沖擊電壓波形，網(wǎng)側(cè)繞組短接后通過示傷電阻接地。

加壓順序?yàn)椋?）一次或幾次降低電壓的操作沖擊（取60%全電壓）；2）三次100%全電壓的操作沖擊。

1.3 故障過程

首先進(jìn)行一次60%全電壓的操作沖擊，試驗(yàn)未見異常，然后進(jìn)行100%全電壓的操作沖擊，電壓波形發(fā)生跌落，同時(shí)換流變發(fā)出異響，兩次試驗(yàn)的波形如圖2所示。

圖2 閥側(cè)操作沖擊電壓波形

兩次閥側(cè)操作沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 閥側(cè)操作沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 故障分析

2.1 油色譜分析

操作沖擊試驗(yàn)后，取變壓器進(jìn)行油色譜分析，結(jié)果如表3所示。

表3 油色譜分析結(jié)果μL/L

根據(jù)文獻(xiàn)[4]中三比值編碼規(guī)則，計(jì)算氣體比值得到編碼為102，對(duì)應(yīng)故障類型為電弧放電，典型故障為線圈匝間、層間放電，相間閃絡(luò)；分接引線間油隙閃絡(luò)，選擇開關(guān)拉??；引線對(duì)箱殼或其他接地體放電。

2.2 解體檢查

對(duì)該換流變壓器排油后打開油箱兩側(cè)人孔進(jìn)入油箱內(nèi)檢，發(fā)現(xiàn)柱2上部閥側(cè)引線出頭及對(duì)應(yīng)位置的角環(huán)有明顯的放電痕跡如圖3所示，其他位置未見異常。

圖3 放電痕跡

對(duì)該換流變進(jìn)行解體檢查，拆除柱2上部閥側(cè)出線位置的絕緣紙板及防護(hù)角環(huán)，發(fā)現(xiàn)閥側(cè)出線首層角環(huán)爬電至鐵芯屏蔽筒，如圖4所示。

圖4 爬電痕跡

拆除上部閥側(cè)成型引線，對(duì)應(yīng)柱2的閥側(cè)出頭均壓管端部有明顯的爬電痕跡，沿均壓管引線約300 mm的爬電路徑；引線均壓管端部絕緣紙漿擊穿露銅，剝離絕緣紙漿后在均壓銅管對(duì)應(yīng)位置發(fā)現(xiàn)一個(gè)凸起尖端，如圖5所示。

圖5 閥側(cè)引線均壓管放電痕跡

同時(shí)，對(duì)成型引線端部絕緣紙漿進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)成型引線端部R角位置內(nèi)側(cè)紙漿端面形狀不規(guī)整，如圖6所示。

圖6 內(nèi)側(cè)紙漿端面形狀不規(guī)整（左為正常情況）

2.3 故障原因分析

結(jié)合油色譜分析、解體檢查情況與有限元仿真分析，該次試驗(yàn)擊穿故障的原因?yàn)殚y側(cè)成型引線端部均壓銅管存在質(zhì)量缺陷，凸起尖端在操作沖擊電壓下誘發(fā)放電，并經(jīng)成型引線表面、最外層出線角環(huán)、鐵心柱屏蔽筒外層絕緣紙板形成貫穿性放電通道，最終對(duì)鐵心地屏及拉板放電擊穿，放電路徑如圖7所示。

圖7 放電路徑

放電由閥側(cè)成型引線端部位置（位置1）起始，通過引線表面的絕緣皺紋紙爬電至位置2處，到達(dá)閥線圈最外層角環(huán)端面，沿角環(huán)外表面爬電至靠近鐵心屏蔽筒的最近點(diǎn)，最終到達(dá)鐵心柱拉板終止（位置3）。

3 結(jié)語

文中通過油色譜分析、排油內(nèi)檢與解體檢查，分析了一起特高壓換流變壓器閥側(cè)操作沖擊擊穿試驗(yàn)故障，判斷故障原因?yàn)殚y側(cè)成型引線端部均壓銅管存在質(zhì)量缺陷，凸起尖端在操作沖擊電壓下誘發(fā)放電，并經(jīng)成型引線表面、最外層出線角環(huán)、鐵心柱屏蔽筒外層絕緣紙板形成貫穿性放電通道，最終對(duì)鐵心地屏及拉板放電擊穿。針對(duì)該次故障提出如下防范措施與建議：

1）換流變廠家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)外購(gòu)件的質(zhì)量管控，絕緣成型件、層壓紙板和螺桿螺母進(jìn)廠時(shí)應(yīng)逐個(gè)進(jìn)行X光檢測(cè)。

2）廠家對(duì)該換流變柱2線圈進(jìn)一步拆解，對(duì)各個(gè)線圈進(jìn)行徹底檢查及清理。更換受損及受污染的所有絕緣件，后續(xù)按照工廠產(chǎn)品工藝要求回裝并進(jìn)行全部出廠試驗(yàn)。

3）在后續(xù)進(jìn)行施加100%沖擊試驗(yàn)電壓前增加一次80%試驗(yàn)電壓的沖擊試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)波形進(jìn)行比對(duì)分析。