±1100kV换流站有载分接开关检测方法

国网安徽省电力有限公司检修分公司 廖 军 刘之奎 蒋欣峰 李 腾 丰 景

昌吉—古泉±1100kV特高压直流输电工程是世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程，昌吉至古泉工程从电压等级±800kV上升至±1100kV，输送容量从640万千瓦上升至1200万千瓦，经济输电距离提升至3000km至5000km，是国家电网在特高压输电领域持续创新的重要里程碑，刷新了世界电网技术的新高度，开启了特高压输电技术发展的新纪元，对于全球能源互联网的发展具有重大的示范作用。本文将以该换流站为例，详尽地阐述±1100kV换流站有载分接开关检测方法，以此为鉴。

古泉换流站，是疆电东送昌吉—古泉直流输电工程的落点换流变电站，将直流电转化成交流电接入华东电网，最终向华东电网源源不断输送电能，实现了3000多公里高压电力输送的首个试验示范工程。换流变压器是直流输电系统的关键设备，据统计，大型电力变压器有载分接开关故障导致的变压器事故占变压器事故的8～10%，国家电网公司将变压器有载分接开关事故列入了防止重大事故电力设备事故的内容之一；有载分接开关是电力变压器的一个重要组成部件，但经过常年运行，有载分接开关缺陷、故障时有发生，轻则影响电压合格率和变压器可用率。重则可能造成主变故障被迫停运，影响电网安全稳定运行，所以有必要对换流变有载分接开关的运行检修情况进行统计调查，加强技术管理工作，以有效指导变压器有载分接开关的运行维护检修工作。

1 典型的有载分接开关故障

换流站换流变有载分接开关由切换开关、选择器和电动机构组成。通过有载分接开关的逐级动作，实现对高压输配电电网的有载调压，减少和避免电网电压的大幅度波动，保证电力系统安全可靠运行。有载分接开关故障最初一般都为机械故障，比如储能弹簧、轴承、传动轴、驱动电机。这些机械故障可能仅对变压器的运行操作造成损伤，或退化为电气或绝缘性能（油品质量）的问题，这不仅会损坏有载分接开关，而且会损坏变压器绕组，从而造成不可挽回的损失。

典型的有载分接开关故障包括三类：其一，机械故障：切换开关和选择开关等部件的动作顺序和时间配合，切换过程是否存在卡塞、润滑不好、触头切换不到位、触头磨损、接触不良、传动轴断裂、拒动或滑档、内部紧固件松动或脱落；其二，电气故障：触头接触电阻性能（电阻增大，触头过热甚至烧损）电弧；其三，绝缘故障：分接开关油室里的绝缘油会因频繁开关变换所引起电弧而产生的游离碳和各种固体颗粒而污染;油吸收水分会造成耐压降低和开关接触性能下降，油中污染进一步增加，形成恶性循环。

2 换流站换流变有载分接开关振动检测方法

2.1 有载分接开关振动声学测试方法

任何有载分接开关的每个操作都会产生特定的振动-声波模式；利用振动声学传感器（加速度计），我们可以高速记录这个信号；稳定的有载分接开关总是表现出一致的振动波形特征；有故障或缺陷的有载分接开关会产生振动波形特征的变化。振动声学的测试方法适用于所有型号有载分接开关，可用于在线或离线测试，再结合振动声学波形和电流，可以检测出有载分接开关的大部分潜在问题；基于检测的数据能更好理解并掌握有载分接开关的运行状态，及时发现早期设备缺陷。

2.2 检测解决的问题

第一，帮助运维人员决定哪些有载分接开关需要优先维护；第二，提升维护前后的有载分接开关测试过程中的质量管控；第三，在年复一年的测试中，根据历年测试的曲线图，对设备运行状态的趋势分析变得容易；设备的维护不再单纯依赖定期维护，在定期报废的设备中80%其实是可以继续使用；第四，减少变压器、换流变故障发生率。有载分接开关振动声学故障诊断原理就是任何有载分接开关（有载分接开关）的每个操作都会产生特定的振动-声波模式；利用振动声学传感器（加速度计），我们可以高速记录这个信号；稳定的有载分接开关有载分接开关总是表现出一致的振动波形特征；有故障或缺陷的有载分接开关有载分接开关会产生振动波形特征的变化。

2.3 检测依据

Q/GDW335-2009《±800kV直流换流站检修管理规范》；Q/GDW299-2009《±800kV特高压直流设备预防性试验规程》；国家电网公司运行分公司《特高压直流换流站设备检修、例行试验工艺和质量标准》（ISBN：9787512360938；出版时间：2014-06-01）；根据IEEE和CIGRE国际标准，变压器维护导则明确的检测手段中，振动声学检测技术被权威认可是有效检测有载分接开关的可靠技术，结合振动传感器、电流传感器、DRM过渡电阻等多技术手段，对变压器有载分接开关在运行或停电情况下进行综合全面的非侵入式安全测量。根据国内主流变压器有载分接开关厂家（ABB、Ferranti、Federal Pioneer、MR、上海华明）的产品特性建立全类型特征图谱库和典型故障图库，能现场一键式导出测试报告，深度数据分析；对设备故障诊断、趋势分析及寿命提供有效评估。

3 检测内容

3.1 换流变有载分接开关电机电流检测

在针对换流变有载分接开关电机进行测试可以获取相应的电流曲线参数。和常见的工作电流曲线进行比较。该部分作为变压器中可以进行机械动作的部件，其系列操作中含有一系列的动作事件。在这些事件中，无论是触头碰撞或者摩擦，都会产生相应的机械振动信号。可以借助体外传感的方式对振动信号加以测试。同时，如果有载分接开关存在隐患，其触头动作引发的有载开关表面振动信号也会和正常状态下的信号存在一定的差别。鉴于此，可以通过对上述动作流程的振动波形记录并将其和正常信号加以对比，可以充分显示有载分接开关的实际运行情况。

在这对声学振动有载开关分接故障进行诊断的过程中，需要以下步骤：首先，需要对相应的电机驱动信号和分接开关振动信号进行提取；其次，对信号模式进行分析和识别；最后可以对分接开关的工作情况进行分析。通过上述步骤，可以针对有载分接开关故障进行诊断。

3.2 换流变有载分接声学振动检测

声学振动传感器的安装及换流变及有载分接开关照片及加速度计电流钳安装位置如图。有载分接开关的一次调压是由选择开关、切换开关等几个动作完成的，各个动作过程中，都会产生脉冲激励而表现出相应的振动信号，因此在时域分析中，各个动作之间的时间间隔是反映有载分接开关状态的一个重要的参考量。

第一，试验需要在换流站有载分接开关上进行，有载分接开关最好断电，会记录一个完整的分接头切换（升、降）过程中的振动声学信号，获取到一个典型的参考信号。第二，有了这个重要的振动声学参考信号，可以验证以下两点：根据制造商的技术规格正确运行有载分接开关（电机电流和冲击时间）、分析后续检测记录。第三，用于测试的有载分接开关（有载分接开关）可以用于全程（升、降）过程的操作。第四，确保有载分接开关可以通电并可以全程（升、降）过程的操作。第五，在高电压等级的换流变有载分接开关，确保可以进行全程（升、降）过程的操作。换流变便于安装加速度传感器。

通过检查换流变三相间测试图谱的比较，形态及时序相近；各振幅相似，表明操作机构及触头整体状况，提出缺陷评判标准。与时域特征相对应，振动信号的频域特征也是故障诊断一个重要的参考特征。信号的频域特征一般由频谱图来表示，根据频谱图中的频率成分以及各有关频率成分处的幅值大小可以对结构进行故障诊断，通过开关振动的频谱图，可以看出开关振动的频率成分多少千赫兹的范围。

3.3 换流变有载分接开关过渡电阻检测

通过测试过渡电阻（DRM）的测量检测到缺陷，根据CIGRE A2.34导则，过渡电阻测试（DRM）通过离线诊断，可以发现切换开关或选择开关的故障：转换过程中，通过切换波形和切换程序可以看出过渡电阻接入回路中会产生电流（电压）的变化，过渡电阻接通电路的电流（电压）变化的时序可判断出其动作时序。由于没有必要设置载分接开关吊芯，所以在实际应用中，市场上的有载分接开关动态测试装置还是起到了相当大的作用，如果过渡电阻断、过渡触头与过渡电阻连接不好、过渡时间过长等，都可以通过分接开关动态测试装置的波形测试反应出来，为防止故障的扩大发挥积极作用。

结束语：综上所述，变压器的故障有40%～50%来自于有载分接开关（有载分接开关），是机械故障的根源，而机械故障会进一步造成电弧、过热、油品质量等进一步问题。有载分接开关故障最初一般都为机械故障，比如储能弹簧、轴承、传动轴、驱动电机。这些机械故障可能仅对变压器的运行操作造成损伤，或退化为电气或绝缘性能（油品质量）的问题，这不仅会损坏有载分接开关，而且会损坏电压器绕组，从而造成不可挽回的损失。根据国网设备部关于新设备、新技术、新装备试点应用的要求，对500kV及以上变压器有载分接开关开展故障检测能有效避免这类故障的发生，保证变电站主设备的安全运行。