換流變鐵芯夾件故障分析及處理

陳茜茜，劉 坤

（國網江蘇省電力有限公司 檢修分公司，江蘇 南京 211102）

0 引 言

變壓器是電網的重要組成部分，對其故障的研究一直是電網故障分析研究的重點。相較于交流變電站，換流站變壓器故障的研究起步較晚，一些故障的類型及特點與交流變壓器存在很大不同。本文針對換流變經常出現的鐵芯夾件故障進行分析，對以后該類換流變故障分析意義重大[1-2]。

1 換流變鐵芯夾件結構

圖1是換流變鐵芯夾件的結構圖?？梢钥闯?，在鐵芯的上鐵軛裝有上金屬夾件，在下鐵軛裝有下金屬夾件，兩個金屬夾件之間通過金屬進行連接。繞組纏繞在鐵芯上面，并通過軸固定在上夾件和下夾件之間。上夾件或下夾件上的引線固定在支架上。鐵芯的下鐵軛裝有絕緣下墊。為解決換流變在移動過程中出現移位的問題，會對換流變內部各器件進行固定和定位。夾件與油箱的固定，主要通過夾件定位結構完成[3-4]。

2 換流變鐵芯夾件故障原因分析

特高壓變壓器為單相、油浸以及中性點變磁通無勵磁調壓自耦變壓器，由主體變和調壓補償變兩部分組成，主要作用為傳輸電力。特高壓換流變壓器為單相雙繞組油浸式結構，除了具備傳輸電力功能外，還需提供兩組幅值相等、相位相差30°（基波電角度）的三相對稱的換相電壓，以實現12脈動換流。圖2為12脈動換流器。

圖1 鐵芯夾件結構

換流變運行環境如圖3所示，和交流變壓器不同，換流變所處的換流站內有直流設備和交流設備。當換流變帶電運行時，周圍的磁場環境較為復雜。不僅繞組和分接開關等主要部件受影響較大，容易引發故障，而且鐵芯和夾件也因處在非均勻磁場中，且其離繞組的距離各不相同，受磁場感應產生的電動勢大小各不相等，使得鐵芯和夾件之間會產生電位差。

圖2 12脈動換流

圖3 換流變運行環境

換流站投運的最初幾年，由于鐵芯和夾件的絕緣標準較高且各自接地，鐵芯和夾件不會出現影響換流變的正常運行。但是，隨著換流變運行時間變長，加之換流變運行中震動較大，鐵芯及夾件之間的絕緣下降。當絕緣性能降低到一定水平時，鐵芯和夾件之間的電位差就會發生放電。長此以往，鐵芯電流增大，引起換流變內部異常，進而導致換流變運行故障。

3 典型故障案例及處理對策

3.1 案例概述

某換流站，運維人員在日常運維過程中發現換流變夾件接地，全電流測量值超過70 A。隨后運維人員對換流變在線油色譜數據進行檢查，發現乙炔等重要數據都在合理范圍內。檢修班取油進行油化試驗，試驗數據都在合理范圍內。運維人員開展紅外測溫，換流變各重要部件溫度都在合理范圍內，運行過程中未見異響。測試絕緣電阻發現，夾件對箱殼絕緣電阻低，用萬用表進行測量，發現處于導通狀態。

3.2 處理對策

結合上述檢查結果，檢修人員認為，造成電流值過大的原因為夾件對箱殼絕緣電阻較低。檢修人員經過和廠家專業人員的商議，并綜合考慮現場實際運行情況，決定在換流變夾件與油箱之間接入電阻，提高絕緣水平，降低接地電流。經過討論，決定接入電阻值為400 Ω且額定功率為400 W的電阻。檢修完成后進行復測，入地電流小于10 mA，滿足現場運行規定。

3.3 原因分析

對近幾年鐵芯夾件入地電流較大和絕緣水平降低的情況進行分析，發現導致這種情況的因素較多，但主要由以下幾種原因導致。第一，夾件對地引線出現破損，導致絕緣水平降低。第二，夾件上下定位由于設計問題出現絕緣破損情況，導致接地電流增大。這種情況一般出現在運行時間較長的換流變中。第三，夾件金屬件和油箱之間出現異物，導致出現搭接現象。

4 運行維護對策

4.1 提高巡檢質量

換流站占地面積大且設備多，巡檢人員巡檢量較大。一般巡檢人員巡檢過程中主要關注主要設備的主要組成部分。以換流變為例，一般關注油位、分接開關檔位以及冷卻器等情況，對其他設備關注較少。通過以上分析可以發現，近幾年換流變鐵芯夾件故障是換流器故障中的重要故障。巡檢人員在日常巡檢過程中，要加強對鐵芯夾件外部接地點的關注。如果有異物要及時處理，并結合常規檢修工作對故障點進行絕緣監測，確保鐵芯與夾件的絕緣水平滿足換流變運行要求。

4.2 提高在線監測使用效果

鐵芯夾件故障主要的特點是鐵芯電流增加，油色譜相關數值出現異常。針對這種情況，運維人員要加強對在線監測設備的使用頻率，在使用過程中重點關注鐵芯夾件電流數值，并進行比對。若發現存在上升趨勢，要立刻采取相關測試進行確認，確定存在上升趨勢后，則需立刻采取相關措施。目前，一些換流站在線監測系統并未具備采集鐵芯接地電流的功能。針對這種情況，要及時開展技術改造，及時將鐵芯接地電流納入在線監測系統。鐵芯夾件入地電流監視系統如圖4所示。對于在線監測系統數據不準確的情況，要開展技術攻關，減少轉接環節，提高數據傳輸質量。同時，輕瓦斯作為鐵芯夾件故障的一種輔助信息，運維人員也要加強監視。

圖4 鐵芯夾件入地電流監視

4.3 開展技術提升

換流變鐵芯夾件故障是目前發現的新問題，在后續換流變開發過程中要加強技術升級，針對這類故障進行針對性分析。例如，加強鐵芯夾件絕緣水平，對鐵芯和夾件接地線未單獨引出的換流變要進行針對性整改，確保接地線單獨引出，避免由于電位不同形成環流。重新設計鐵芯夾件接地線的安裝位置，確保兩條獨立的接地引線不會因為異物形成回路。同時，安裝的位置要便于測量。

4.4 加強離線檢測

現代在線監測技術已經相對成熟，但是由于轉換環節較多，可靠性方面依然存在問題。由于換流變的油出現異常是換流變鐵芯夾件出現故障的一個明顯現象，因此為了提高換流變鐵芯夾件故障的監測能力應定期開展監測工作。運維人員應制定工作計劃，按周期聯系相關單位進行取油樣檢測工作，并對檢測數據進行留存、比對以及分析，確保換流變油色譜數據平穩無異常。同時，取油樣過程要嚴格執行相關規定，避免因為操作不當而導致雜質誤入換流本體引發內部故障。換流站要結合年度檢修工作，制定計劃全面檢查對換流變鐵芯夾件，制定相應的絕緣測試方案，并比對分析每年的記錄。發現問題后應立即制定消缺計劃，消缺完成后應加強離線檢測，確保缺陷完全消除才能將換流變轉為運行狀態。

5 結 論

由于內部結構和工作環境的不同，在日常運行工作中，換流變鐵芯夾件更容易發生故障。本文通過具體案例分析換流變鐵芯夾件故障產生的原因，結合日常運維人員的習慣，提出了針對性的運維方案，以提高換流變的運維水平。