零排油快速更換換流變壓器壓力釋放閥技術研究

石明壘，陳文強，張 健，步順德，沈正元

（國網浙江省電力有限公司檢修分公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

特高壓直流輸電（UHVDC）具有輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、輸電走廊窄、點對點直達輸送、可實現異步非同頻聯網等特點，在大區域間能源輸送方面，擔負起越來越重要的任務［1-3］。

換流變壓器是一種特殊類型的變壓器，一次繞組連接至交流系統，二次繞組連接至換流閥。換流變壓器利用兩個繞組之間的耦合傳送功率，實現交直流系統的絕緣、隔離以及電壓的變換。換流變壓器內部故障時，油箱內變壓器油被分解氣化，油箱內壓力急劇上升，如不能釋放將導致油箱變形，甚至爆裂。換流變壓器配置壓力釋放閥，油箱內壓力值到達釋放閾值，壓力釋放閥迅速開啟，完成泄壓；當內部壓力降低到關閉閾值時，壓力釋放閥可靠關閉，變壓器內部保持正常壓力，有效防止外界空氣、水分等進入本體內部［4-11］。

壓力釋放閥作為換流變壓器的附件，其能否保持正確狀態關系到換流變壓器的安全穩定運行。因此當換流變壓器壓力釋放閥出現故障時，需要及時對壓力釋放閥進行檢查處理，常規技術方案耗時長、流程復雜、受環境影響較大，為減小設備停役時間，在壓力釋放閥異常時進行快速更換，須研究新的處理方案。

1 換流變壓器壓力釋放閥異常描述

±800 kV 賓金特高壓直流工程2014 年3 月試運行，輸送容量8 000 MW。金華站內配置28 臺換流變，24 臺在運，4 臺備用。金華站極1 高Y／Y－C 相換流變壓器型號為ZZDFPZ－382000／500－800。2019 年6 月，本體壓力釋放閥根部與箱蓋法蘭接觸面出現滲油現象，如圖1 所示。

圖1 本體壓力釋放閥滲油

按照常規檢修方法，處理本體壓力釋放閥滲油要對換流變壓器壓力釋放閥上部進行排油，排油量約6 t，排油區域如圖2 和圖3 所示，復裝時進行真空注油、熱油循環、排氣、靜置等工藝，工期約48 h。在迎峰度夏期間金華站滿負荷8 000 MW 運行，停電損失約3.84 億kWh。

圖2 排油前排油區域

圖3 排油后排油區域

2 真空原理壓力釋放閥滲油處理方案

2.1 方案原理

為提升工作效率，提出了真空原理零排油換流變壓器本體壓力釋放閥更換處理方案。

方案原理是將換流變壓器油枕與本體隔離，利用換流變壓器本體的全密封狀態，將本體部分絕緣油抽至油枕。利用絕緣油在升高座頂部形成的真空帶，如圖4 和圖5 所示，使壓力釋放閥安裝法蘭面（厚度約4 cm）開口處壓力平衡，換流變壓器本體不進氣，絕緣油不溢出，可快速完成壓力釋放閥滲油處理工作。

圖4 真空帶

圖5 真空帶等效原理

2.2 理論分析

2.2.1 油枕剩余空間計算

如圖6 所示，油枕的半徑r 為1.6 m，油枕長h為6.2 m，根據換流變壓器非電量保護定值要求，油位高85%時報警，則最高油位時油面寬度為

則實際運行時，油面寬度d 應滿足

圖6 油枕參數

d=3.2 m 時，油枕剩余空間最大，為

此時，油枕剩余空間最小，

2.2.2 換流變壓器高于箱體的油的體積

忽略閥側套管內絕緣組件所占體積，忽略部分細油管的體積。套管油中部分簡化成圓錐。

1）網側高壓升高座油體積。

網側高壓升高座半徑r10為0.414 m，高度h10為2.05 m，套管根部半徑r1為0.287 m，套管油中部分高度h1=1.35 m，則網側高壓升高座油體積為

2）網側中性點升高座油體積。

網側中性點升高座半徑r20為0.255 m，高度h20為2.03 m，套管根部半徑r2為0.143 m，套管油中部分高度h2為1.28 m，則網側中性點升高座油體積為

3）閥側首端套管升高座油體積。

閥側首端套管升高座半徑r30為0.72 m，高度h30為2 m，套管根部半徑r3為0.435 m，套管油中部分高度h3為2 m，則閥側首端套管升高座油體積為

4）主管道中油體積。

查閱圖紙資料，換流變壓器箱沿上部主管道半徑r40為0.048 m，長度h40為3.98 m，則主管道中油體積為

綜上，壓力釋放閥的油面以上油的體積為

結合換流變壓器內部不規則絕緣件所占體積，根據工程經驗換流變壓器絕緣油數量取理論計算的1／3 更接近于實際含量，即1.5 m3，記為Vb。考慮最不利情況，絕緣含量Vb接近于4.521 6 m3。

由上可知，理論計算最大絕緣油含量Va仍小于油枕剩余空間，因此，可以將換流變壓器壓力釋放閥上部絕緣油排入到油枕中。

2.2.4 濾油機啟動時間計算

1）計算油在20 ℃下的標準體積。

式中：F 為石油體積溫度系數，換流變壓器采用克拉瑪依絕緣油，根據GB 1885—1983 可知F 為0.000 69；T 為換流變壓器油枕內部油溫，6 月份換流站滿功率8 000 MW 運行，油溫約80 ℃。

2）完成抽油所需的時間。

根據濾油機銘牌顯示，濾油機的額定速率為v=12 m3／h，進而得出抽油所需時間為

結合換流變壓器實際內部結構，計算出濾油機開機時間在7 min 左右。

2.3 實施步驟

方案具體操作步驟如圖7 所示。

圖7 工作相關閥門與排氣塞示意

1）清理本體壓力釋放閥CP082 附近的油漬。檢查壓力釋放閥法蘭是否滲油。

2）拆除本體壓力釋放閥CP082 防雨罩，檢查壓力釋放閥外觀是否有損壞，螺絲是否未上緊。

3）將油管接于油箱底部排油閥AA001 處，另一側油管與油枕連接。

4）關閉儲油柜與本體之間的閥門AA200，打開油箱底部排油閥，開啟濾油機約5 min，將本體油抽至油枕，關閉濾油機。

5）緩慢對角松動壓力釋放閥螺栓，觀察是否存在進氣或溢油現象。

6）若則進氣則打開瓦斯繼電器閥門，注入部分絕緣油；若溢油則繼續小功率開啟濾油機，直至壓力釋放閥開口處不進氣不溢油。

7）對壓力釋放閥開展檢查、更換等處理工作。

8）緩慢地開啟儲油柜與本體之間的閥門AA200，使儲油柜的油緩慢流下。

9）打開網側高壓套管、中性點套管、閥側套管等位置排氣塞進行排氣。

10）從呼吸器處向換流變膠囊打壓至0.03 MPa，保持2 h 后檢查本體壓力釋放閥CP082 法蘭是否還存在滲油現象。

3 現場驗證

在金華站現場按照新方案開展極1 高端Y／Y－C相換流變壓器本體壓力釋放閥的實際處理工作。打開壓力釋放閥如圖8 所示，換流變壓器本體無進氣，絕緣油無溢出。拆除壓力釋放閥發現密封墊安裝不到位，導致邊緣壓迫損壞，如圖9 所示。4 h 完成滲油處理工作，現場停電損失由3.84 億kWh 降低至0.08 億kWh，相比于常規處理方案，本次處理產生1.76 億元經濟效益。

圖8 極1 高Y／Y－C 相換流變壓器壓力釋放閥處理驗證

圖9 極1 高Y／Y－C 相換流變壓器壓力釋放閥密封墊破損處理

4 結語

提出利用真空原理實現零排油快速更換換流變壓器壓力釋放閥方法，使不排油、不破壞換流變壓器本體真空的設想得到實現，完成換流變壓器壓力釋放閥更換工作，技術方案具有可行性。新型技術方案受外界環境等因素干擾較小，操作簡單，流程簡化，縮短了處理工期，降低了停電損失。新型技術方案具有自適應功能。可應用在各個電壓等級換流變壓器，以及借鑒至常規變壓器，也可應用于換流變壓器其他附件更換工作。