±660kV换流变压器阀侧...原因分析和数据抄录注意事项_曲文韬.pdf

|113科技论坛0 引言在高压直流输电系统中.换流变压器是连接交直流系统的关键设备，换流变压器布置在交流场及阀厅之间，在换流站中起着电能传递与转换的关键作用。换流变压器阀侧套管是换流变压器的核心元件，其与阀侧引线共同构成的阀侧出线装置是引导阀侧出线并承接阀侧内、外绝缘的关键结构，支撑着换流变压器长期稳定运行。阀侧套管充满 SF6 气体，用于套管绝缘，在阀侧套管底部安装 SF6 密度继电器，监视套管压力。换流变压器投运后，阀侧套管压力出现波动性变化，在波底时接近报警压力，需分析压力变化原因，判断换流变运行状态是否正常。国内对断路器 SF6 密度继电器运行中出现误报警故障进行分析，发现原因是太阳光直射而造成表压力降低导致，随后对 SF6 压力表进行改造后再未出现此故障，为 SF6 断路器密度继电器在设计、安装过程中提供了借鉴1。山东电力公司分析 GIS 组合电器母线 SF6 气体压力指示异常的原因，阐述压力指示不准确产生的危害，并提出应对措施2。文献 3 分析 220 kV 断路器误发 SF6 气体压力低报警信号原因，提出改进措施并实施，提高断路器运行的可靠性3。文献 4 针对器 SF6 气压低报警事件，指出需保证密度控制器与主气室所处环境一致或接近，防止压力指示不准确故障。冀北电力科学院发现极端气候条件下 SF6 气体密度继电器的温度补偿性能会变差，出现较大误差，发现一种在极端温度下对 SF6 气体密度继电器进行校验方法5。文献 6 分析 SF6 气体密度继电器气体泄漏和误动作原因，提出校验 SF6 密度继电器的对策，确保表计指示的准确性。宁夏电力公司对分析一起 SF6 密度继电器压力异常，发现其连续报警后又自行恢复的原因，指出温度对 SF6 密度继电器温度补偿的影响7。1 事件过程某 660kV 直流工程换流站有 14 台换流变压器（2 台备用），换流变阀侧套管为上下布置方式，上、下分别命名为阀侧 2.1、2.2 套管。阀侧套管绝缘介质为 SF6 气体，每根套管配置一块 SF6 密度继电器，共计28块 SF6压力继电器，SF6 压力额定值为3.2bar，报警值为 2.4bar，跳闸值为 1.0bar，生产厂家为 WIKA（威卡）。阀侧套管位置如图 1 所示。由图 1 可知，阀侧套管位于换流变的阀侧，套管内充满 SF6 气体，表计安装于换流变本体，监视阀侧套管内气体压力。换流变压器投运后，对阀侧套管压力进行实时监测，形成压力时间曲线。阀侧套管的 SF6 气体压力出现规律性变化，经红外检测未发现漏气点。需要分析 SF6 气体压力变化的原因，并判断设备是否存在异常。图 2 SF6 气体压力时间曲线在对 SF6 压力进行检查时，发现压力数值有波动，对阀侧套管进行检漏，未发现泄漏点。横向比较 12 台换流变压器，阀侧套管压力均出现类似波动。检查换流站直流断路660kV 换流变压器阀侧套管 SF6 气体压力变化原因分析和数据抄录注意事项曲文韬，赵航（国网山东省电力公司超高压公司，山东济南，250061）摘要：换流变压器阀侧套管采用SF6气体绝缘，套管内部充满SF6气体，在阀侧套管根部安装有SF6密度继电器，监视套管内部SF6含量情况。在运行过程中要实时监测SF6密度表的数值变化，当套管发生SF6泄漏时，SF6密度会下降，降低SF6的绝缘性能，导致换流变压器阀侧绕组对变压器外壳放电。在换流站投运后，对SF6密度继电器的数据进行检查，发现数值呈现波动，经过红外检漏，未发现泄漏点。本文对SF6密度继电器的结构和原理进行分析，发现是其温度补偿功能导致密度变化。根据分析结果，制定了数据抄录注意事项和异常判断方法。关键词：换流变压器；SF6密度继电器；温度补偿阀侧套管 图 1 换流变压器和阀侧套管DOI:10.16589/11-3571/tn.2023.06.013114|电子制作 2023 年 3 月科技论坛器、直流穿墙套管压力均存在波动情况，总体呈现白天压力低，晚上压力高的情况。阀侧套管压力变化情况如图2所示。2 阀侧套管 SF6 压力变化分析分析阀侧套管压力变化，首先需要分析 SF6 密度继电器结构和原理，查清楚压力变化的原因。阀侧套管为环氧树脂和SF6气体复合绝缘结构，结构如图3所示。电容芯子(7)是环氧树脂浸纸式套管的主绝缘。电容芯子由绝缘纸卷绕而成，并且经过真空、干燥后浸渍环氧树脂，在卷制时插入的铝箔屏(8)保证了套管径向和轴向电场的均匀分布。电容芯子安装在硅橡胶复合绝缘外套(6)内。硅橡胶伞裙和法兰直接模压到玻璃钢环氧筒上。套管头部的均压罩(3)用于均匀头部的电压。GSETF 型套管电容芯子与复合外套之间填充 SF6 绝缘气体(4)。通过连接气管，将 SF6 压力表计安装在换流变本体上，运维人员可以实时检查阀侧套管的 SF6气体压力。当 SF6 气体出现泄漏时，压力会下降，绝缘性能降低，会导致内部导体对外壳放电短路故障。2.1 SF6 气体压力温度关系分析在 SF6 呈气态情况下，在密闭容器内，其压力、温度和密度这三个参数表征气体处于一种平衡状态。参照无粘性理想气体，此时三个参数为一个方程，即气体状态方程，也称克拉伯龙方程，描述气体在平衡时压强、密度、温度间的关系。PVNRT=式(1)由（1）公式可以推出：PRT=式(2)P-气体压强，单位帕斯卡帕 Pa；V-气体体积，单位为立方米 m3；N-气体的物质的量，单位为摩尔 mol；T-热力学温度，单位开尔文开 K；R-比例常数，单位是焦耳/摩尔开，即 J/(molK)；-气体密度，kg/m3。在摩尔表示的状态方程中，R 为热力学常数，对任意理想气体而言，R 是一定的，约为8.314410.00026 J/(molK)。例如，密度为 40kg/m3的情况下，在20压力为 0.62Mpa，在 0时压力为 0.57Mpa.如果此时没有温度补偿，SF6 表计会显示开关内压力快速下降。SF6 气体的温度和压力曲线如图 4 所示。图 4 SF6 气体的温度和压力曲线从图4可以看出，一是SF6在高压和低温情况下会液化，在 20时高于 2.1MPA，或者在一个大气压下低于-63.8时液化，不具备分析条件。在 SF6 压力为 0.75Mpa 时，其液化温度为-25,巴基斯坦最低温度为 5，不存在液化风险。二是在同样密度下，即设备内不漏气情况，压力会随着温度升高而增大。如图 5 所示。由图 5 可知，在密度不变情况下，气体的压力随温度升高而线性增大。SF6 气体密度继电器是一个带温度补偿的压力继电器，都以 20的相应压力值来表示其密度值。普通的压力表是不适合用来监测密度的。因为在同样气体密度的密封系统中压力取决于温度，所以必须进行补偿。如图 6 所示。由图 6 可知，经过温度补偿后，压力不再随温度变化，而是表现为一条直线。这种相关性是气体特定的并可以用气体压力图像在同图 3 换流变压器阀侧套管结构图 5 密闭情况下压力和温度关系图 6 经过温度补偿后的压力-温度曲线|115科技论坛等密度的情况下用图线表示出来，也就是等容线（P-T 曲线）。因此必须采用合适的测量系统在测量压力的同时也要考虑温度，这使得测量单元可根据等容线来纠正已测量的压力值，就能达到监视 SF6 气体密度的目的。2.2 SF6 密度继电器结构和原理现场 SF6 密度继电器原理为微动开关式，微动开关式密度继电器内部表芯组件主要由弹簧管组件、机芯组件、操作臂、温度补偿片、线路板组件（其中包含微动开关、摆片、线路板）、调节螺钉等零件构成。如图 7 所示。线路微动开摆片温度补偿调节螺操作臂机芯弹簧 图 7 微动开关式内部表芯组件结构图SF6 压力表工作原理：当密度继电器受到外部气体压力时，弹簧管在内腔压力作用下，利用其所具有的弹性特性，将压力转变为弹簧管自由端的弹性位移，经过温度补偿片的温度补偿，将正确的位移量通过齿轮传动放大机构和杆机构转换为相对应的转角位移，与转角位移同步的仪表指针就会在示数装置的刻度盘上指示出被测介质的压力。与此同时，报警和闭锁节点的信号输出部分，通过装置在温度补偿片上经过温度补偿过后的操作臂位移，带动操作臂上预制好相对应气体压力值的调节螺钉位移，使微动开关上摆片产生位移，从而使微动开关内部触点发生闭合或断开情况，使控制系统中的电路得以断开或接通，达到自动控制和发信号报警的目的。总结来讲，即弹簧管监测气体实际压力，双金属片进行温度补偿，配合实现监测 20时本体内压力。温度补偿方式：采用空心弹簧管（波登管）和双金属片，用弹簧管连通断路器内部 SF6 气体，用双金属片实现温度补偿。双金属片原理为在温度升高时两片之间距离会增大，在温度降低时两片之间距离会减小，配合弹簧管实现温度补偿。如图 8所示。由图 8 可知，在无漏气故障时，温度上升，弹簧管舒张，双金属的温度补偿片空隙同步变大，指针不动作。温度下降时，弹簧管收缩，和双金属的温度补偿片空隙同步变小，指针不动。此时，SF6 压力表读数不随温度变化，实现温度补偿功能。当阀侧套管出现漏气时，套管内 SF6 压力迅速下降，表计动作如图 9 所示。图 8 无漏气状态下，SF6 表计温 图 9 漏气状态下，SF6 表度补偿图 计动作图由图 9 可知，当阀侧套管出现漏气故障时，套管内压力迅速下降，弹簧管收缩。而此时温度无变化，双金属的温度补偿片不动，SF6表计指针向下动作，压力降低发出报警。3 SF6 表计压力的变化分析及措施检查在线监测记录，1 月 10 日14 日，天气晴，夜间低温 7，白天 18。每日温度变化有规律，具备分析条件。温度变化曲线如图 10 所示。图 10 环境温度曲线 3.1 阀侧套管压力变化分析阀侧套管与换流变本体所处环境不同。换流变本体在户外。阀侧套管深入阀厅内部，温度恒定为 25，而 SF6 表计在换流变本体，温度随外部温度变化而变化。白天温度高，夜间温度低，温差 10K 12K，在这种情况下，白天表计温度高，本体温度不变，表计向低压方向补偿，压力降低。夜间表计温度低，本体温度不变，表计向上温度补偿，显示压力升高。最终形成的曲线就是一个白天低夜间高的温度时间曲线。如图 11 所示。由图 11 可知，阀侧套管 SF6 表计显示压力呈波动性116|电子制作 2023 年 3 月科技论坛变化，且在白天压力降低至 0.374Mpa，晚上压力升高至0.383Mpa。图 11 阀侧套管压力波动曲线 3.2 数据抄录注意事项在抄录 SF6 压力数据时应注意，如将白天和夜间的数据进行对比，参考性较差。一是分析该设备每日同一时刻的压力数据，记录当时温度，形成温度和时间曲线，进行纵向比较，无明显下降即判断设备正常。二是对同一类型设备压力数据进行横向比较，无明显下降即判断设 备正常。三是在发现某台设备 SF6 表计横向和纵向对比发现压力下降后，应立即对该设备进行红外检漏，判断设备是否存在泄漏。4 结语 换流变压器是高压直流输电的核心设备，阀侧套管是换流变压器的关键部件。对阀侧套管的状态监测是运维直流工程的重要工作。阀侧套管在运行时 SF6 压力会出现波动。此时需要横向对全部阀侧套管压力进行比较，同时纵向查询历史数据。对阀侧套管运行状态进行真实的判断，保证高压直流工程安全运行。参考文献 1 霍琪,张迈,窦小晶,等.LW36-40.5(W)T 型 SF6 断路器密度继电器频繁误报警原因分析及改进 J.供用电.2016,(7):66-69.2 段涛,卢光宇,闫大振.变电站 GIS 组合电器 SF6 压力指示异常分析及对策 J.中国电力教育.2010,(31):263-265.3 甄利,周文博.LW6-220H 型 SF6 断路器密度继电器误报警原因分析及改进 J.高压电器.2005,(1):78-79.4 张立成,石海珍,郑义.220kV 断路器 SF6 气压低报警原因分析 J.电工技术.2015,(7):21-22.5 李志刚,蔡巍,邓春,等.SF6 气体密度继电器在极端温度下的性能校验 J.中国电力.2012,(10):73-76.6 荣飞.SF6 气体密度继电器校验工作常见问