換流變壓器油枕氣囊泄漏監測裝置改進建議

國網湖北省電力公司檢修公司 秦曉俐

換流變壓器油枕氣囊泄漏監測裝置改進建議

國網湖北省電力公司檢修公司 秦曉俐

隨著我國經濟的快速發展，大量直流輸電工程相繼投入運行。近年來，換流變壓器、平波電抗器缺乏可靠的油枕氣囊泄漏監測裝置的問題日益顯現。本文針對直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊出現的故障情況，分析了現有換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊泄漏監測裝置存在的問題，就泄漏監測裝置提出了改進建議，并為設備制造廠家提供了參考。

換流變壓器；平波電抗器；泄漏監測；改進建議

前言

隨著我國經濟的快速發展，大量直流輸電工程相繼投入運行。換流變壓器、平波電抗器是直流輸電工程中的核心設備，屬于大型充油設備，油枕氣囊常會因為安裝質量問題、年限老化磨損、絕緣油處理操作等原因出現破裂現象[1]-[3]。近年來，直流輸電工程中多次出現換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊破裂的情況，嚴重威脅到直流輸電工程的穩定運行，暴露出了換流變壓器、平波電抗器存在油枕氣囊缺乏泄漏監測裝置及泄漏監測裝置反應不夠靈敏的問題，本文對近期直流輸電工程中的幾起故障進行了介紹，并針對換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊泄漏監測裝置提出了改進建議。

1 油枕氣囊泄漏監測裝置工作原理

如圖1所示，換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊是用來隔離本體內絕緣油與外界空氣，避免產生直接接觸，平衡充油箱體內部和外部大氣的壓力。當負荷增大或環境溫度升高時，箱體內部壓力大于大氣壓力，則氣囊向外排氣；當負荷減小或環境溫度下降時，大氣壓力大于箱體內部壓力，則氣囊吸氣，從而起到呼吸作用。

圖1 換流變壓器油枕氣囊原理圖

當換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊破裂時，本體內絕緣油與外界空氣會產生直接接觸，并形成油流通道。當直流輸電系統負荷或環境溫度升高時，本體油溫油位迅速上升，對氣囊形成擠壓，導致油枕內部的油順著油流通道從呼吸器流出，并形成虹吸效應持續大量漏油，如圖2所示。

圖2 油枕呼吸器處大量漏油

若漏油時，油流速度過快或持續時間過長，會導致換流變壓、平波電抗器本體重瓦斯保護動作引起直流輸電系統閉鎖的后果，對跨區電網穩定運行造成嚴重影響。

目前，各直流輸電工程中部分換流變壓器、平波電抗器沒有油枕氣囊泄漏監測裝置，具有泄漏監測裝置的工程中均采用了電容值測量原理的泄漏監測裝置，如圖3所示。

圖3 電容值測量原理泄漏監測裝置

電容值測量原理泄漏監測裝置工作原理：監測探頭透過氣囊安裝蓋板處插入氣囊內部，探頭與氣囊之間構成一個電容。油枕氣囊未破損時，探頭處于空氣中，測量到的是一個小數值的初始電容值CA；油枕氣囊破損時，氣囊內部有絕緣油注入，電容值將隨探頭被油所覆蓋區域面積的增加而增大達到CB。當電容值CB與電容值CA的差值△C達到定值后，監測裝置會提供一個硬接點報警信號給運維人員后臺監控系統，后臺監控系統會發出“油枕氣囊泄漏”報警報文。

2 發生的故障及存在的問題

近年來，各直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器發生了以下故障：

（1）2011年5月2日，復龍換流站直流輸電系統以1000MW功率運行過程中，極Ⅱ高端Y/Y-C相換流變壓器本體油枕呼吸器處持續嚴重漏油導致本體重瓦斯保護動作跳閘，極Ⅱ高端換流器閉鎖。停電后檢查發現該換流變壓器油枕氣囊破裂。該型號換流變壓器無油枕氣囊泄漏監測裝置。

（2）2014年7月8日，團林換流站直流輸電系統輸送功率由2560MW上升至3000MW運行后，運維人員巡檢發現極Ⅰ平波電抗器本體油枕呼吸器處持續大量漏油，隨后運維人員帶電作業打開油枕抽真空閥使油枕內部氣壓與大氣壓力平衡后不再漏油。在后期的設備年度檢修期間，檢查發現該平波電抗器油枕氣囊破裂。該型號平波電抗器無油枕氣囊泄漏監測裝置。

（3）2015年6月12日，德陽換流站直流輸電系統輸送功率由600MW上升至1200MW運行后，運維人員巡檢發現極Ⅰ Y/△-B相換流變壓器本體油枕呼吸器處持續大量漏油。隨后，運維人員申請調度對該換流變進行停電檢查處理，發現該換流變壓器油枕氣囊存在兩處破裂。該型號換流變壓器具有電容值原理油枕氣囊泄漏監測裝置，但在當時大量漏油的情況下并未正常發出報警信號。

從以上故障來看，目前各直流輸電工程中關于換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊泄漏監測方面存在以下問題：

（1）部分直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器未考慮油枕氣囊監測手段，未安裝油枕氣囊泄漏監測裝置。

（2）電容值測量原理泄漏監測裝置的正確報警與傳感器探頭的完好性、監測裝置電容值計算環節的正確性、報警定值設定的有效性、進入氣囊內的油面高度等諸多因素有關，報警原理復雜，在現場運行過程中存在反應不靈敏、動作不可靠的情況。

（3）目前，直流輸電工程設備定期停電檢修中未建立油枕氣囊泄漏監測裝置校驗機制。

3 改進建議

直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊作為設備的附件，雖然不是設備的主要電氣元件，但其一旦出現故障若不能及時發現并采取處理措施將直接影響跨區電網穩定運行。因此，直流輸電工程中換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊應配置動作穩定、可靠的泄漏監測裝置。為了提高換流變壓器、平波電抗器油枕氣囊泄漏監測裝置的可靠性，切實發揮其功效，建議采取以下改進措施：

（1）鑒于激光檢漏裝置在其他工程領域的成功運用，建議換流變壓器、平波電抗器生產廠家考慮采用為基于光學原理的泄漏監測裝置。

光學原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監測裝置設計構想如圖4、5所示。

圖4 光學原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監測裝置

圖5 光學原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監測探頭

光學原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監測裝置是基于光通過直角三棱鏡會發生全反射的原理，來實現對油枕內部是否有絕緣油進入進行判斷，進而作出油枕氣囊是否破裂的判別。

光學原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監測裝置工作原理如下：如圖4所示，具有全反射棱鏡、鏤空外壁、一根發射光纖和一根收信光纖的激光監測探頭被安放在換流變壓器油枕氣囊底部。油枕氣囊未破裂時，無換流變壓器絕緣油通過圖5中探頭鏤空外壁進入探頭內部。泄漏探測裝置持續發出的激光信號在探頭內不會經過油面折射，激光信號直接通過探頭全反射棱鏡鏡面發生反射，反射回來的激光信號通過收信光纖返回至泄漏探測裝置。泄漏探測裝置檢測到回饋的激光信號，不發出換流變壓器油枕氣囊破裂報警；油枕氣囊破裂初期，少量的換流變壓器絕緣油進入油枕氣囊，絕緣油通過探頭鏤空外壁進入探頭內部。泄漏探測裝置持續發出的激光信號在探頭內會經過油面折射，激光信號無法通過全反射棱鏡鏡面發生反射，泄漏探測裝置檢測不到回饋的激光信號，發出換流變壓器油枕氣囊破裂報警。

相對與原有的電容值測量原理泄漏監測裝置，光學原理換流變壓器油枕氣囊泄漏監測裝置實現手段簡單、原理可靠，而且可以實現故障的早期診斷，為運維人員采取緊急處理措施爭取時間。

（2）在新建的直流輸電工程中，建議換流變壓器、平波電抗器應采用可靠性及靈敏性高的油枕氣囊泄漏監測裝置；對于已投運工程，建議利用設備停電檢修機會進行技術改造。

（3）健全換流變壓器、平波電抗器定期停電檢修中油枕氣囊泄漏監測裝置校驗機制，利用停電檢修機會對泄漏監測裝置完好性、動作可靠性進行檢查，以保證設備穩定運行。

[1]趙畹君．高壓直流輸電工程技術[M]．北京:中國電力出版社,2004．

[2]韓曉東,翟亞東．高壓直流輸電用換流變壓器[J]．高壓電器,2002,38(3)．

[3]章瑞慶．換流變油枕氣囊氣密性檢測及更換[J]．電力與能源,2013,34(6)．

秦曉俐（1980—），男，湖北宜昌人，工程師，碩士研究生，現工作于國網湖北省電力公司檢修公司特高壓交直流運檢中心，從事直流換流站運維管理工作。