伊敏换流站换流变阀侧套管故障分析及处理

【摘 要】 换流变压器是换流站内最重要和最复杂的设备之一，本文研究了伊敏换流站极I Y/Y B相换流变阀侧2.1套管故障事故，通过对故障跳闸相关保护录波图的细致分析，推断出故障性质及故障点位置，为迅速查清故障提供了支持。换流变现场吊套管调查进一步证实了波形分析结论。详细介绍了故障处理情况，梳理了此类事故的处理思路，对换流站现场运行和事故处理具有一定的指导意义。

【关键词】 换流变 阀侧套管 放电 闭锁

1 引言

±500kV伊敏-穆家（呼辽）直流输电工程是东北地区第一个超高压跨区直流输电工程。为了满足辽宁省经济社会发展对电力的需求，服务呼伦贝尔大型煤电基地电源送出，实现东北地区能源优化配置的重要工程。为辽宁省经济社会发展提供充足可靠电力供应，每年可输送电量超过180亿千瓦时，减少原煤运输超过1000万顿。对于缓解煤炭运输压力，实现节能减排和环境保护具有十分重要意义，将对推动内蒙古经济社会建设和振兴辽宁老工业基地发挥重要作用。2010年9月28日正式投运。工程线路全长913kM，额定直流功率为3000MW，额定直流电流为3000A。

伊敏站双极有14台换流变压器。共28根阀侧套管，分别14根干式套管，14根充SF6气体套管。均为HSP公司生产。其中充SF6气体套管型号：GSETF 1950/536-3000AC SPEZ。

2 故障基本情况

2.1 故障描述

2012年6月28日6时23分11秒，伊敏换流站OWS报P1PPR B系统发直流过流跳闸报警、A系统报阀直流差动保护动作跳闸报警，极I直流系统闭锁，极I换流变交流侧5012、5013开关跳闸、直流场转为极隔离状态。安全稳定控制装置动作，切呼伦贝尔电厂1台机，切鄂温克电厂1台机。

2.2 故障前运行方式

（1）直流系统双极大地回线400kV降压运行，功率正送，输送功率1800MW；

（2）直流场设备正常运行；

（3）500kV交流场Ⅰ、Ⅱ母正常运行，交流场所有交流开关运行正常，伊换#1线、伊换#2线、巴换#1线、巴换#2线运行正常，500kV 53B主变运行正常；

（4）500kV交流滤波器场，第一大组滤波器5611、5613、5614、运行正常，第二大组滤波器5622、5623运行正常、第三大组滤波器5631、5632运行正常；

（5）站用电系统I、III回运行正常，II回备用正常。

2.3 故障后运行工况

（1）故障发生后，极Ⅰ直流系统闭锁，5012、5013开关跳闸，极Ⅰ直流场转至极隔离状态，极Ⅱ单极大地回线功率1211MW运行；

（2）500kV交流滤波器场，5611、5613、5623相继退出运行；

（3）申请东北网调将极Ⅱ功率降至1000MW运行。

3 保护动作情况分析

下面根据波形图分析故障的原因。

从图1中可以看出，故障发生时刻Y桥2、3阀在导通，故障后B、C相电流一直在增大，初步判断有可能B相或者C相产生接地故障。

若C相接地，故障回路必须通过逆变站再经过C相的接地流回变压器，IDNC将没有电流或故障电流不会很大，因此判断为是B相接地。

根据以上分析，故障点在极I换流变Y/Y B相至光CT IDP之间及IDP靠近阀塔的区域。

4 设备现场检查情况

极I系统闭锁后，通过查看图像监控录像，在事故跳闸瞬间011B换流变B相2.1阀侧套管有闪络放电现象，仔细查看视频录像可以看出闪络放电火花在距套管顶部1/3处有较大的弧光，并且此弧光一直延续到套管根部外壳处，据此初步判断应为套管放电接地导致保护动作跳闸。根据此情况我站立即对此套管进行了仔细的检查，并督促送变电尽快赶到现场进行套管绝缘、介损和气体微水等试验。

（1）套管主绝缘测试。试验人员对套管主绝缘进行了测试，测试数值为44.7MΩ，标准值为10000MΩ，怀疑套管内已经发生击穿，绝缘完全破坏，已不能正常使用。

（2）介损、电容量测试。试验人员对电容量进行了测试，测试结果为：500V电压测试，介损为-4.104%，电容量为0.283PF ；1000V电压测试，介损为-245，电容量为0.1PF ；（而2011年6月2日的数据为：介质损耗因数为0.342%，电容量为1201PF。）此后加压至1500V已无法施加电压，说明套管绝缘能力已经严重破坏。

（3）套管SF6气体微水试验。试验人员对套管进行SF6分解物测试，测试过程中气体从仪器排气口流出，当场出现浓重的臭鸡蛋气味，为避免试验人员中毒，立即停止了试验，套管内气体已完全分解，不能继续使用。

5 故障分析及结论

根据上述情况已判定故障为极I换流变Y/Y B相阀侧2.1套管内部发生故障，致使套管绝缘降低发生击穿，造成极I直流系统停运。

经过套管解体检查发现可能存在的故障原因为：

（1）故障套管解体后发现套管复合外套无明显损伤。电容芯子外表面有两条明显的放电路，套管气体侧汇流接地环炸裂并烧熔，末屏引出线熔断，末屏测量端子与法兰间绝缘电阻为零。在套管铜铝过渡连接处发现铜导体表面有严重过热现象，铝导体管内尼龙导向锥大部分已烧熔、碳化，镶嵌在铝导体内的部分镀银弹簧触指已经烧坏。

（2）套管故障起因及其发展过程为：套管铜铝过渡接头处过热，温度达到了尼龙导向锥的熔化温度后，熔化物沿铜铝过渡接头之间的缝隙流出，并沿着套管芯子外表面向变压器方向流动，由上至下流淌至套管电容芯表面1.2米处。导致套管SF6侧的绝缘距离缩短，从距套管顶部1/3处的半球形均压球（半球形均压球可见电弧烧蚀痕迹）到套管气腔中汇流接地环方向沿芯子表面闪络，故障电流经套管金属法兰及末屏试验抽头接线柱入地。套管故障完全是由于套管本身存在缺陷造成的，缺陷主要集中在铜铝过渡接头连接部位。可能的缺陷包括铜铝过渡接头装配不当、铝管内部处理不干净而遗留微量金属屑、MC触点缺失导致局部发热量增加等。

6 结语

故障录波分析在直流输电系统故障分析中占有举足轻重的地位。通过对故障录波图的细致分析，可以推断一次设备故障点、故障类型和故障的严重程度，为故障快速定位提供支持。本文通过详细介绍此次故障处理情况，分析了保护动作情况，梳理了此类事故的处理思路，对换流站现场运行和事故处理具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]国家电网公司建设运行部.高压直流输电系统电气设备状态维修和试验规程[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3]国家电网公司.换流站运行[M].北京：中国电力出版社，2012.