零排油快速更换换流变压器压力释放阀技术研究

石明垒，陈文强，张 健，步顺德，沈正元

（国网浙江省电力有限公司检修分公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

特高压直流输电（UHVDC）具有输送容量大、送电距离长、线路损耗低、输电走廊窄、点对点直达输送、可实现异步非同频联网等特点，在大区域间能源输送方面，担负起越来越重要的任务［1-3］。

换流变压器是一种特殊类型的变压器，一次绕组连接至交流系统，二次绕组连接至换流阀。换流变压器利用两个绕组之间的耦合传送功率，实现交直流系统的绝缘、隔离以及电压的变换。换流变压器内部故障时，油箱内变压器油被分解气化，油箱内压力急剧上升，如不能释放将导致油箱变形，甚至爆裂。换流变压器配置压力释放阀，油箱内压力值到达释放阈值，压力释放阀迅速开启，完成泄压；当内部压力降低到关闭阈值时，压力释放阀可靠关闭，变压器内部保持正常压力，有效防止外界空气、水分等进入本体内部［4-11］。

压力释放阀作为换流变压器的附件，其能否保持正确状态关系到换流变压器的安全稳定运行。因此当换流变压器压力释放阀出现故障时，需要及时对压力释放阀进行检查处理，常规技术方案耗时长、流程复杂、受环境影响较大，为减小设备停役时间，在压力释放阀异常时进行快速更换，须研究新的处理方案。

1 换流变压器压力释放阀异常描述

±800 kV 宾金特高压直流工程2014 年3 月试运行，输送容量8 000 MW。金华站内配置28 台换流变，24 台在运，4 台备用。金华站极1 高Y／Y－C 相换流变压器型号为ZZDFPZ－382000／500－800。2019 年6 月，本体压力释放阀根部与箱盖法兰接触面出现渗油现象，如图1 所示。

图1 本体压力释放阀渗油

按照常规检修方法，处理本体压力释放阀渗油要对换流变压器压力释放阀上部进行排油，排油量约6 t，排油区域如图2 和图3 所示，复装时进行真空注油、热油循环、排气、静置等工艺，工期约48 h。在迎峰度夏期间金华站满负荷8 000 MW 运行，停电损失约3.84 亿kWh。

图2 排油前排油区域

图3 排油后排油区域

2 真空原理压力释放阀渗油处理方案

2.1 方案原理

为提升工作效率，提出了真空原理零排油换流变压器本体压力释放阀更换处理方案。

方案原理是将换流变压器油枕与本体隔离，利用换流变压器本体的全密封状态，将本体部分绝缘油抽至油枕。利用绝缘油在升高座顶部形成的真空带，如图4 和图5 所示，使压力释放阀安装法兰面（厚度约4 cm）开口处压力平衡，换流变压器本体不进气，绝缘油不溢出，可快速完成压力释放阀渗油处理工作。

图4 真空带

图5 真空带等效原理

2.2 理论分析

2.2.1 油枕剩余空间计算

如图6 所示，油枕的半径r 为1.6 m，油枕长h为6.2 m，根据换流变压器非电量保护定值要求，油位高85%时报警，则最高油位时油面宽度为

则实际运行时，油面宽度d 应满足

图6 油枕参数

d=3.2 m 时，油枕剩余空间最大，为

此时，油枕剩余空间最小，

2.2.2 换流变压器高于箱体的油的体积

忽略阀侧套管内绝缘组件所占体积，忽略部分细油管的体积。套管油中部分简化成圆锥。

1）网侧高压升高座油体积。

网侧高压升高座半径r10为0.414 m，高度h10为2.05 m，套管根部半径r1为0.287 m，套管油中部分高度h1=1.35 m，则网侧高压升高座油体积为

2）网侧中性点升高座油体积。

网侧中性点升高座半径r20为0.255 m，高度h20为2.03 m，套管根部半径r2为0.143 m，套管油中部分高度h2为1.28 m，则网侧中性点升高座油体积为

3）阀侧首端套管升高座油体积。

阀侧首端套管升高座半径r30为0.72 m，高度h30为2 m，套管根部半径r3为0.435 m，套管油中部分高度h3为2 m，则阀侧首端套管升高座油体积为

4）主管道中油体积。

查阅图纸资料，换流变压器箱沿上部主管道半径r40为0.048 m，长度h40为3.98 m，则主管道中油体积为

综上，压力释放阀的油面以上油的体积为

结合换流变压器内部不规则绝缘件所占体积，根据工程经验换流变压器绝缘油数量取理论计算的1／3 更接近于实际含量，即1.5 m3，记为Vb。考虑最不利情况，绝缘含量Vb接近于4.521 6 m3。

由上可知，理论计算最大绝缘油含量Va仍小于油枕剩余空间，因此，可以将换流变压器压力释放阀上部绝缘油排入到油枕中。

2.2.4 滤油机启动时间计算

1）计算油在20 ℃下的标准体积。

式中：F 为石油体积温度系数，换流变压器采用克拉玛依绝缘油，根据GB 1885—1983 可知F 为0.000 69；T 为换流变压器油枕内部油温，6 月份换流站满功率8 000 MW 运行，油温约80 ℃。

2）完成抽油所需的时间。

根据滤油机铭牌显示，滤油机的额定速率为v=12 m3／h，进而得出抽油所需时间为

结合换流变压器实际内部结构，计算出滤油机开机时间在7 min 左右。

2.3 实施步骤

方案具体操作步骤如图7 所示。

图7 工作相关阀门与排气塞示意

1）清理本体压力释放阀CP082 附近的油渍。检查压力释放阀法兰是否渗油。

2）拆除本体压力释放阀CP082 防雨罩，检查压力释放阀外观是否有损坏，螺丝是否未上紧。

3）将油管接于油箱底部排油阀AA001 处，另一侧油管与油枕连接。

4）关闭储油柜与本体之间的阀门AA200，打开油箱底部排油阀，开启滤油机约5 min，将本体油抽至油枕，关闭滤油机。

5）缓慢对角松动压力释放阀螺栓，观察是否存在进气或溢油现象。

6）若则进气则打开瓦斯继电器阀门，注入部分绝缘油；若溢油则继续小功率开启滤油机，直至压力释放阀开口处不进气不溢油。

7）对压力释放阀开展检查、更换等处理工作。

8）缓慢地开启储油柜与本体之间的阀门AA200，使储油柜的油缓慢流下。

9）打开网侧高压套管、中性点套管、阀侧套管等位置排气塞进行排气。

10）从呼吸器处向换流变胶囊打压至0.03 MPa，保持2 h 后检查本体压力释放阀CP082 法兰是否还存在渗油现象。

3 现场验证

在金华站现场按照新方案开展极1 高端Y／Y－C相换流变压器本体压力释放阀的实际处理工作。打开压力释放阀如图8 所示，换流变压器本体无进气，绝缘油无溢出。拆除压力释放阀发现密封垫安装不到位，导致边缘压迫损坏，如图9 所示。4 h 完成渗油处理工作，现场停电损失由3.84 亿kWh 降低至0.08 亿kWh，相比于常规处理方案，本次处理产生1.76 亿元经济效益。

图8 极1 高Y／Y－C 相换流变压器压力释放阀处理验证

图9 极1 高Y／Y－C 相换流变压器压力释放阀密封垫破损处理

4 结语

提出利用真空原理实现零排油快速更换换流变压器压力释放阀方法，使不排油、不破坏换流变压器本体真空的设想得到实现，完成换流变压器压力释放阀更换工作，技术方案具有可行性。新型技术方案受外界环境等因素干扰较小，操作简单，流程简化，缩短了处理工期，降低了停电损失。新型技术方案具有自适应功能。可应用在各个电压等级换流变压器，以及借鉴至常规变压器，也可应用于换流变压器其他附件更换工作。