便携式压力保护器件综合校验装置的研制

2020-02-20徐天书张思齐黑增杰

通信电源技术 2020年1期

陈瑞，徐天书，张思齐，黑增杰

（1.国网宁夏电力公司检修公司，宁夏银川 750011；2.河南绿控科技有限公司，河南许昌 461000）

0 引言

换流变压器是换流站重要的大型充油设备，也是超特高压直流输电工程至关重要的关键设备，是交、直流输电系统中整流、逆变两端接口的核心设备。它的投入和安全运行是工程取得发电效益的关键和重要保证。

换流变压器压力释放阀是取代安全气道、防爆膜的新过压保护装置，能可靠保护变压器。但是，换流变正常运行过程中，高温恶劣运行条件会导致其密封胶圈老化、弹簧或机件卡涩。当换流变设备在运行中出现故障时，由于线圈过热使一部分变压器油汽化，导致油箱中压力迅速增加。这时压力释放阀迅速动作，保护油箱不致变形或爆裂。所以，压力释放阀的运行可靠性直接关系到变压器的安全。

近年来，换流站变压器事故时有发生，一旦发生事故都是大事故，事故影响范围较大，事故处理周期较长。2018年，某换流站出现换流变分接开关压力释放动作引起极Ⅰ直流系统非计划停运，说明经过多年运行，加之恶劣的运行条件（高温），会破坏压力释放阀的密封性和绝缘性，易产生渗漏、误报警或者拒动[1]。

目前，换流变压器压力释放阀并没有合适的校验装置，导致无法把握换流变压力释放阀的工作状态和动作可靠性。针对此情况，研发了一种便携式压力保护器件综合检验装置。

1 传统压力保护器件检测方法及发展现状

1.1 传统检测方法介绍

1.1.1 检测项目介绍

根据《国家电网公司直流换流站检测管理规定》及《国家电网公司直流换流站检修管理规定》要求，压力释放阀在每年停电检修期间仅做外观检查和二次信号回路检查，若发现压力释放阀出现明显变形或者渗漏油等现象，会通知检修人员将压力释放阀拆下送到专业检测机构进行检验，主要检验项目如下[2]：

（1）例行试验，包括外观质量检查、开启压力试验、关闭压力试验、信号开关绝缘性能试验和时效开启性能试验。

（2）型式试验，即高温开启性能试验。夏季运行中的换流变压器的顶层油温可能高达90 ℃，是对压力释放阀考验最严格的时段，也是换流变压力释放阀最可能误动的时段。

1.1.2 检测方法介绍

（1）开启压力试验。常温下，向试验罐内充压缩空气，进气压力增量控制在25～40 kPa/s。当压力增量达到动作值时，压力释放阀应连续间歇跳动，周期为1～4 s。每次跳动，信号开关的机械信号和二次信号应可靠动作。压力释放阀连续动作5次无异常为合格。

（2）关闭压力试验。压力释放阀动作后，应立即关闭进气阀。由于罐内压力仍大于压力释放阀的关闭压力，压力释放阀将缓慢关闭。当压力表指针完全停止时，说明已经完全关闭，此时指针读数即为压力释放阀的关闭压力值。关闭压力应符合有关规定，试验次数不少于3次，取其最低值作为关闭压力值。

（3）时效开启性能试验。常温下，合格的压力释放阀（带有机械信号的标志杆需复位）至少应静放24 h以上，试验测得的第一次动作压力应符合规定，试验方法同开启压力试验。

（4）信号开关绝缘性能试验。①信号开关接点试验：信号开关接点处于断开位置，将其中一个接点端子接地，在接点间施加短时工频电压2 000 V，1 min应不出现闪络、击穿现象。②接点端子对地试验：将两组端子全部短接后，在端子与地之间施加短时工频耐压电压2 000 V，1 min应不出现闪络、击穿现象。

（5）高温开启性能试验。将装有压力释放阀的试罐置于恒温箱内加热到100 ℃，保持30 min后，取出试验罐进行高温开启性能试验。试验方法和判断标准同开启压力试验，全部试验时间不应超过2 min。

1.2 国内外研究现状

目前，国内外相关机构对压力保护器件校验都采用直接校验的方法，即将被校验器件拆下送至校验台上校验。根据JB/T 7065-2004《变压器用压力释放阀》，需要做的测试项目包括[3]开启压力试验、关闭压力试验、时效开启性能试验、高低温开启性能试验、密封性能试验、排量性能试验、密封圈耐油老化试验、信号开关绝缘性能试验、开启时间试验、防护性能试验、防潮性能试验、防盐雾性能试验以及抗振能力试验。

但是，这种校验方法存在一定的局限性[4]。第一，现有的校验装置开启关闭压力校验需在两个不同的试罐上进行，不同口径的压力释放阀需要在多个不同容积的试罐上进行，密封性能需在专用的设备上进行，工作效率低。第二，校验过程自动化程度低，压力测试依靠压力表指示进行判断，不能保证精度。

1.3 研究目标

本文针对传统压力释放阀校验的弊端进行分析，研制一种便携式压力保护器件校验装置，可以实现如下目标。

（1）实用性。适用于现场检修时，将压力释放装置从换流变上拆卸，快速安装在试验装置上。通过加压，智能控制器记录压力上升曲线和压力释放装置动作值，通过比较动作设定值判断压力释放装置是否可靠。

（2）易操作。检测装置便携式设计，分本机、补气泵和便携式气罐3部分。现场容易组装，压力释放装置能够快速安装并投入测试。

（3）专业化。研制的便携式压力保护器件综合校验装置具体参数满足国家标准，确保测量数据真实有效。装置参数如表1所示。

表1 便携式压力保护器件综合校验装置参数表

2 便携式压力保护器件综合校验装置的设计

2.1 总体设计

便携式压力保护器件综合校验装置的设计要考虑很多构成因素，包括检测单元、控制装置和一体化无油空气压缩机等，总体设计原理如图1所示。

空气压缩机提供气源，通过水气分离器、减压装置、电磁阀与测试罐相连，同时罐体上安装有高精度压力传感器件、安全压力保护器件和放气阀等。开始进行开启压力和关闭压力试验时，微处理器通过控制进气电磁阀并实时采集压力传感器数据，获取压力释放阀的开启压力值、时效开启压力值及关闭压力值并显示在显示器上，同时采集压力释放阀的信号接点。

图1 便携式压力保护器件综合校验装置原理图

开始密封性试验时，微处理器通过算法控制进气电磁阀进适量气体，通过高精度压力传感器实时采集压力，通过微控制器的运算并控制各部件的运行，完成压力释放阀的密封性校验。

2.2 硬件设计

本装置参照中华人民共和国机械行业标准《变压器用压力释放阀》（JB/T7065-2004）、《变压器用压力释放阀试验导则》（JB/T 7069-2004）规定的试验方法进行，主要硬件设计内容如下。

（1）采用高精度压力传感器作为校验装置的压力获取方式，并使用液晶屏幕进行显示，提高了测试结果的准确性和可重复性。

（2）采用人机交互方式及界面，并使用键盘进行定值输入，提高了便捷性，包括控制系统、压力采集、信号接收、过载保护、压力调节以及电源等模块，如图2所示。

图2 便携式压力保护器件综合校验装置硬件原理图

（3）研制一种压力释放阀卡具，能够实现自动压紧，摆脱螺栓装卸方式，提高自动化程度，同时提高测试效率。

（4）采用嵌入式计算机控制，实时采集压力信号，同步监测动作信号，达到精确校准压力释放阀开启、关闭压力值的目的。

（5）采用超压保护、校验时禁止操作等多种保护措施，保障人身设备安全。

（6）研制不同口径的压力释放阀卡具，以便校验不同口径的压力释放阀。

2.3 装置功能

压力释放阀和压力释放继电器一次只能试验一只，并且安装在正确位置，确保整个气路可靠密封。打开压力保护器件综合校验装置上的电源开关，控制器和人机界面上电开始工作。

通过人机界面上的“储能”按钮，可以启动压缩机对储气罐储能，储能到设定压力后自动停止。压力低于设定值时自动启动，稳定储气罐内部空气压力。

通过人机界面上的“试验开始”按钮，可以控制电磁阀向压力释放阀或压力释放继电器充气。点击“试验停止”按钮，可以控制电磁阀停止充气。压力释放阀或压力释放继电器充气后，压力达到释放值时，将释放管路内部空气压力。压力释放阀恢复后，此时继续充气，则释放阀会再次动作。人机界面记录了整个试验过程中的压力趋势和释放阀动作信号，通过打印机可打印压力趋势图和动作信号。