云广特高压直流换流变压器运行维护特性研究

柳坤 阮峻 薛庆会 王亚楠 田微

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.014

摘 要：通过总结±800 kV云广直流换流变压器自2010年4月～2015年8月出现的主要问题，利用油色谱数据分析换流变压器在运行过程中出现的具体问题，研究变压器油中特殊气体与换流变压器故障的对应关系，从而得到该直流换流变压器的故障判定规律。

关键词：换流变压器 特高压 油色谱技术 乙炔 故障

中图分类号：TM721 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（b）-0014-03

±800 kV云广直流输电工程是世界上第一个特高压直流输电工程。在直流输电工程中，换流变压器压器作为核心设备，其故障率将直接影响整条直流线路的可靠性。对于目前世界上输电容量最大的直流输电工程，如果在某种未知诱因下发生故障，将会有可能导致整个特高压直流系统失控，南方电网将在瞬间损失5 000 MW的负荷，由此带来的严重后果无法估量。因此，换流变压器的正常运行维护特性研究具有重要的意义。

目前对换流变压器进行监测分析的主要方法还是变压器油色谱分析法，但是由于换流变压器本身的特殊性，在正常运行过程中不同于普通变压器，而目前采用的传统方法如变压器油中气体判断“三比值法”等对于换流变压器适用性较差。该文通过实例对云广特高压直流输电工程26台换流变压器自2010年4月～2015年8月变压器油色谱数据与已经发生的故障进行了分析研究，对换流变压器运行维护特性进行了总结。

1 云广特高压直流楚雄换流站换流变压器、站用变压器油色谱数据分析

目前有±800 kV云广直流输电工程26台变压器5年油色谱分析数据。大致情况如下：其中极1高端012B换流变B相和C相两台换流变压器曾出现故障，并于2011年更换换流变压器之后正常运行；其中6台低端200 kV LD换流变压器乙炔含量和增长速度均超过注意值，但在经过变压器油过滤操作之后均正常工作；其余换流变压器油色谱数据均未超过注意值。由经验可知换流变压器在正常运行情况下就会产生乙炔，而站用变压器在正常工作的情况下是不会产生乙炔的。另外通过以上几种换流变压器这几年的油色谱分析数据比较，可以总结出换流变压器油中稀有气体乙炔含量以及产生速度与其内部故障有一定关系。

2 换流变压器产生乙炔问题分析

2.1 高压直流输电工程中换流变压器结构特征

在高压直流输电工程中，因适应阀组各种不同运行工况、阀侧电压调节范围需求较大等原因，换流变压器一般调压档位较多。如云广特高压直流输电示范工程中送端楚雄换流站换流变压器调压档位均为25档。在此情况下，换流变压器均将调压方式设计为正反调压，这样换流变仅需一半调压档位线圈就可满足工程需要。这也是高压直流输电工程中常用的调压方式。国内从葛-南工程、三峡送出工程、云广工程到向上工程，所有运行和在建的高压、特高压直流输电工程中换流变压器调压方式均如此。其调压原理见图1所示。

由图1可以看出，通过极性转换开关的转换，12个档位的调压线圈，就可实现25档的功能需求。另外从本次提供的色谱数据分析结果中可以看出，在工程运行中，换流变压器调压开关的极性转换次数增多时，乙炔产气量相应增大。

2.2 有载调压开关在极性转换时的放电机理分析

高压直流换流变压器调压线圈档位较多。一般换流变压器在设计调压线圈时，无论调压线圈布置在最内径侧紧靠铁心还是布置在最外径侧紧靠油箱，均形成如下的调压原理，其原理图见图2（调压在最外侧）。

在此情况下，开关恢复电压计算如下：

× （1）

当开关K极性为正时，为正；当开关K极性为负时，为负；C1为高、调绕组间电容；C2为调压绕组对地电容。

这样在有载调压开关极性开关动作时，其极性开关均要切换恢复电压。为限制此电压，有载调压开关在极性开关动作前，在调压线圈的中间档，先接入一个电位电阻Rp，可有效降低极性开关切换时在极性档位之间的放电。如图3所示。

尽管接入了电位电阻，有载调压开关在极性开关动作时，仍需切换部分线圈对地电容电压，在这种情况下，极性开关动作时仍然会引起触头间的火花放电，由于放电能量微小，仅产生少量放电性特征气体乙炔，在油色谱分析中，就可检测到少量乙炔气体。

3 LD换流变压器乙炔高于其它三种结构规格换流变压器的分析

云广工程楚雄换流站运行期间的色谱分析数据统计表明，LD换流变压器在有载调压开关在极性开关动作多时，特征气体乙炔均有不同程度的增长。

由色谱分析数据统计可知，所有换流变压器均有少量乙炔，但低端200 kV LD换流变压器乙炔含量高于低端400 kV LY换流变压器、高端600 kV HD换流变压器、高端800 kV HY换流变压器，这是由于低端LD换流变不同与其它换流变压器结构特点决定的。

云广工程换流变均为西门子结构，在一般情况下，采用外调压结构，即铁心—阀绕组—网绕组—调压—油箱的布置方式；当运输宽度超限时，采用铁心—调压绕组—网绕组—阀绕组—油箱的布置方式，即内调压结构。云广工程中，低端LD换流变为外调压结构，低端LY换流变、高端HD、HY换流变受运输限制，均为内调压结构。

从公式1中可以看出，调压对地电容C2位于分母，在高、调之间电容C1变化不大时（内调压与外调压差别不大），C2越大，开关恢复电压越低，能量越小，进而产气量越低。根据理论分析，内调压结构下调压绕组对地电容高于外调压结构下调压绕组对地电容，因此，内调压绕组结构换流变乙炔含量普遍低于外调压结构换流变，这个趋势与该次色谱分析数据一致。经过油过滤后，气体含量有明显降低，并且根据理论分析，可初步判断换流变压器无故障，后经跟踪油色谱分析和监测，换流变压器正常运行。

4 故障换流变压器乙炔分析

极1高端012B换流变B相和C相两台换流变压器乙炔气体产生速度明显高于任何一台变压器，而且远远高于注意值，根据三比值判断，如表1所示。

由表1可得：因为乙炔的含量远超注意值1，根据三比值法编码为“212”，初步判断的换流变压器低能放电。随后经又进行了超声波定位，局放超声定位发现两个疑似声源，其一位于阀侧出线侧面左下角下箱沿为原点，长轴向右为X周正方向，垂直向上为Y轴正方向，垂直侧面向里为Z轴正方向建立坐标系O1中（4 150 mm，690 mm，490 mm）附近。此疑似放电源信号强烈，重复性高，定位结果集中，初步判断为局部放电可能性极高。这一结论也验证了在换流变压器中，乙炔的产生量在远超注意值的情况下三比值法也具有一定的适用性。

5 结语

根据以上分析可得，特高压换流变压器在正常运行条件下也会产生乙炔，由于换流变压器的特殊性，有载极性开关的动作次数以及换流变压器排布结构方式的不同也会导致乙炔含量和产气速率高于注意值，不过只要在一定范围内都不会影响换流变压器的正常运行，如果乙炔含量一直增加并且产气速率过快，可采用变压器油“三比值”法进行初步判断是不是换流变压器内部出现故障，之后再做进一步判断处理。

参考文献

[1] 中国南方电网公司超高压输电公司.±800 kV直流换流站运行技术[M].中国电力出版社，2012.

[2] 杨振勇.《变压器油中溶解气体分析和判断导则》判断变压器故障的探讨[J].变压器，2008，45（10）：24-26.

[3] 廖怀东.变压器油色谱分析及故障判断[J].高电压技术，2006，32（1）：112-113.

[4] 柳坤，常开忠.±800 kV云广直流换流变压器有载分接开关冷却回路的优化[J].南方电网技术，2010，4（4）：74-76.

[5] GB/7252—2014.变压器油中溶解气体分析和判断导则[S]. 2014.

[6] 汪发明，聂德鑫，谢齐家，等.换流变压器局部放电超声波检测信号分析[J].变压器，2014，51（10）：62-66.

[7] 杜振波，伍志荣，聂德鑫，等.特高压换流变压器局部放电超声波检测及定位[J].变压器，2014，51（8）：59-63.

[8] 沈大中，Axel Kraemer，Dieter Dohnal.真空有载分接开关在高压直流换流变压器中的运用[J].南方电网技术，2011，5（1）：25-28.

[9] 杨天威，王云龙，常开忠.真空有载调压开关在云广±800 kV直流工程的应用[J].南方电网技术，2010，4（4）：72-73.