换流变阀侧套管运行维护问题分析及处理

黄岳奎

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004)

在高压直流输电系统中，换流变压器 (下称换流变)是最重要的设备之一。这是由于其处在交流电和直流电互相变换的核心位置以及在设备制造技术方面的复杂性和设备贵重决定的。换流变在工作原理和结构等方面与一般变压器类似，最主要的差别就是在阀侧绕组同时承受交流电压和直流电压〔1〕。换流变接到与交流电网相连的换流站交流母线上的绕组称为网侧绕组，接到换流阀的绕组称为阀侧绕组，与之相连的套管即为阀侧套管。

近年来，随着国内直流超高压和特高压工程的增加，换流变直流套管 (阀侧套管)的运行数量也在逐年增加。由于直流套管的制造工艺难度较大，绝大部分换流变套管均是由国外制造，在运行过程中暴露出不少问题，如SF6充气套管中分解物或微水含量超标，套管根部漏油，SF6充气套管内部压力低导致直流闭锁，套管末屏接地不良，套管外绝缘 (硅橡胶)破裂等。

1 换流变阀侧套管特点

鹅城换流站是三广直流输电的落脚点，是三峡电力送往广东的唯一通道，是联络国家电网和南方电网的重要变电工程。换流站有单相双绕组换流变12台，换流变阀侧套管共24支，采用油和SF6气体混合绝缘。它分为内、外两部分:套管内部下半部分充油，与变压器油连通;外部主要包括玻璃纤维带环氧树脂管、硅橡胶外裙组成的绝缘体，并充上一定压力的SF6气体。

1)套管末屏处加装电压测量装置。每台换流变的阀侧套管编号为a和b，其中b套管末屏直接接地，其结构与常规套管一致;a套管末屏加装了1个阻容分压器，可用来测量换流变阀侧相电压，用于换流变中性点偏移保护。

换流变阀侧电压通过a套管上的末屏电压测量装置即可求得，例如，假设套管主电容为C1，末屏电压监视装置内分压电容为C2，监测C2上的电压为V2，则可求得换流变阀侧电压为:V1=V2·(C1+C2)/C1。所以如果套管主绝缘的电容量发生变化，直接影响到换流变阀侧电压的测量结果。

2)套管安装2个SF6气体压力继电器，但无压力显示装置。换流变穿墙套管a套管和b套管各配置了2个SF6密度继电器，当压力为0.35 MPa时，Ⅰ段报警;当压力为0.33 MPa时，Ⅱ段报警;当压力为0.31 MPa时，发Ⅲ段跳闸信号。每个继电器提供2对报警接点和1对跳闸接点，即Ⅰ段报警、Ⅱ段报警和Ⅲ段跳闸。目前报警和跳闸接点均分别一一接入控制系统。

3)阀侧套管外绝缘受环境影响小。换流变阀侧套管采用插入阀厅布置形式，套管的整个外绝缘都暴露于阀厅内，而阀厅是一个相对封闭的空间，且安装有空调以控制阀厅内的温度和湿度，保持阀厅为微正压和空气洁净。这种良好的运行环境既可以减小阀侧套管的爬电距离，也可防止套管的不均匀湿闪。但这种方式增加了阀侧套管的更换难度，若套管发生故障，必须先将换流变连同套管整体移出阀厅，以留出足够的空间用于套管的更换工作。

2 问题及解决方法

2.1 SF6气体含水量超注意值

2011年11月，鹅城换流站对极Ⅰ换流变、平抗及备用换流变阀侧套管SF6气体含水量进行检测，发现绝大部分套管SF6气体含水量超过注意值。

分析认为，导致套管SF6含水量增长的原因可能是制造过程中对套管内部绝缘材料的含水量控制不严格，长期运行后绝缘材料中水分向SF6气体中释放的结果。

2012年停电检修期间，对其中2支SF6气体含水量最大的套管 (011B-A相a套管和012B-C相b套管)进行了换气工作，换气后测量含水量分别为210 mg/L和200 mg/L。2013年3月复测结果为576 mg/L和600 mg/L，而其它套管的SF6气体含水量与上次相比变化不大。

从上述结果可以得出:当SF6气体含水量和套管内部绝缘材料的含水量达到一个平衡后，基本保持稳定;当SF6气体中的含水量变小后 (如更换新气)，两者平衡破坏，绝缘材料中的水分子迅速释放到SF6气体中，这就是2013年测得的SF6气体含水量再次迅速上升的原因。

此现象在国内其它换流站同类型设备中也出现过，目前鹅城换流站采取的措施是每年停电期间对所有换流变阀侧套管的SF6气体含水量进行测量，跟踪其变化趋势，若含水量有进一步明显增大的趋势，则需采取措施，更换SF6气体或套管。

2.2 SF6压力继电器保护的改进

目前SF6密度继电器配置方式为每个套管拥有2个密度继电器 (A和B)，每个继电器各有1副Ⅰ段报警，1副Ⅱ段报警及1副Ⅲ段跳闸信号，A，B继电器分别将3副信号送往IO系统的A和B，如图1所示。根据设计原理，任意单个继电器跳闸信号发出均可闭锁直流，所以该配置情况存在着单条回路/节点故障导致保护误动的风险。

图1 改进前继电器跳闸硬件回路

2012年停电检修期间，已对该非电量保护进行改造，实现了三取二方案。即把2个继电器的2副Ⅱ段报警和2副Ⅲ段跳闸信号分别并联同时送ETCSA和ETCSB系统，这样每套ETCS可以同时收到来自继电器的5副节点信息 (如图2):对ETCSA而言，可以收到 Alarm1_A，Alarm2_A，Alarm2_B，tripA，tripB;对ETCSB而言，可以收到Alarm1_B，Alarm2_B，Alarm2_A，tripA，tripB，然后在软件中实现三取二逻辑。改造后的逻辑为:((Alarm2_A‖Alarm2_B)＆tripA)‖((Alarm2_A‖Alarm2_B)＆tripB)‖(tripA＆tripB)，即任意Ⅱ段报警与跳闸1相与、任意Ⅱ段报警与跳闸2相与、跳闸1与跳闸2相与，3个任意2个输出为1即跳闸。这样修改后，2个系统依然可以分别监视告警，还有效防止任一接点误动导致极闭锁风险。

图2 改进后继电器跳闸硬件回路

2.3 套管例行试验方法的改进

换流变阀侧套管的例行试验项目主要为套管电容量和介质损耗因数测量。由于换流变阀侧套管与换流阀相连，断复引难度较大，且一般换流站集中停电检修工期短，而变压器套管数量多，每个套管试验都断引，从时间上考虑也不允许，所以现场试验一般都在不断引的条件下进行。按照《输变电设备状态检修试验规程》提供的方法，从套管末屏的试验端子施加2 kV电压，套管高压引线接地，把高压接地电流接入测量系统。

这种方法特点是:试验时不需要断引，合上阀侧套管地刀即可，但此方法测量的电容并不是主绝缘电容，而是主绝缘电容与末屏电容的并联值。

为了能够找到准确测量阀侧套管主绝缘电容量及介损的试验方法，通过反复试验验证和对比分析，发现在套管不断引、阀侧套管地刀拉开的条件下，采用从末屏加2 kV的正接法测量，结果更加准确地反映了主绝缘的电容及介损。由于此方法在套管末屏施加2 kV电压，而一次侧接地刀闸拉开，在一次侧耦合的电压肯定小于2 kV，远小于晶闸管元件的反向不重复峰值电压8.1 kV，所以对与套管直接相连的换流阀不会产生任何影响。

这种方法特点是:试验时也不需要断引，但阀侧套管地刀需拉开，对换流阀的影响也很小，而且测量结果能准确反映套管的主绝缘。目前，国内其它换流站的换流变阀侧套管试验均已采用此方法。

2.4 取消末屏盖内接地弹片

对于a套管的末屏接地方式 (经阻容分压器后接地)，存在末屏盖内接地弹片与末屏短接的隐患:换流变保护从阻容分压器取电压量，如果末屏与末屏盖内接地弹片短接，则保护所取电压为0，可能造成保护误动作。从结构上分析，该接地弹片若松动，有可能造成末屏端子直接接地，即阻容分压器两端接地，导致测量电压为0。

与厂家沟通后，厂家同意取消该类型套管末屏盖内的接地弹片。该项工作已在2009年进行，目前所有套管运行正常，该隐患已消除。

3 建议及注意事项

3.1 增加在线监测手段

由于换流变阀侧套管位于阀厅内，且无SF6气体压力显示装置，所以运行过程中不能掌握套管内部SF6气体压力以及泄漏情况。可考虑增加在线监测装置，对SF6气体压力进行实施监测。

3.2 备用换流变阀侧套管末屏的防潮

换流变、平抗等属于重大型设备，一般换流站都有备用换流变及平抗安装在现场。正常运行的阀侧套管位于阀厅内，末屏不存在受潮问题，而备用套管一般都位于户外，而对于a套管，套管末屏处有引出线与加装的阻容分压器相连，潮气或雨水很容易从此引出线处进入，造成末屏绝缘偏低。所以必须做好引出线出口的密封，并在末屏上部增加防雨罩，防止雨水顺着引出线进入末屏内。

〔1〕赵畹君.高压直流输电工程技术〔M〕.北京:中国电力出版社，2004:318-319.