换流变铁芯夹件故障分析及处理

陈茜茜，刘 坤

（国网江苏省电力有限公司 检修分公司，江苏 南京 211102）

0 引 言

变压器是电网的重要组成部分，对其故障的研究一直是电网故障分析研究的重点。相较于交流变电站，换流站变压器故障的研究起步较晚，一些故障的类型及特点与交流变压器存在很大不同。本文针对换流变经常出现的铁芯夹件故障进行分析，对以后该类换流变故障分析意义重大[1-2]。

1 换流变铁芯夹件结构

图1是换流变铁芯夹件的结构图。可以看出，在铁芯的上铁轭装有上金属夹件，在下铁轭装有下金属夹件，两个金属夹件之间通过金属进行连接。绕组缠绕在铁芯上面，并通过轴固定在上夹件和下夹件之间。上夹件或下夹件上的引线固定在支架上。铁芯的下铁轭装有绝缘下垫。为解决换流变在移动过程中出现移位的问题，会对换流变内部各器件进行固定和定位。夹件与油箱的固定，主要通过夹件定位结构完成[3-4]。

2 换流变铁芯夹件故障原因分析

特高压变压器为单相、油浸以及中性点变磁通无励磁调压自耦变压器，由主体变和调压补偿变两部分组成，主要作用为传输电力。特高压换流变压器为单相双绕组油浸式结构，除了具备传输电力功能外，还需提供两组幅值相等、相位相差30°（基波电角度）的三相对称的换相电压，以实现12脉动换流。图2为12脉动换流器。

图1 铁芯夹件结构

换流变运行环境如图3所示，和交流变压器不同，换流变所处的换流站内有直流设备和交流设备。当换流变带电运行时，周围的磁场环境较为复杂。不仅绕组和分接开关等主要部件受影响较大，容易引发故障，而且铁芯和夹件也因处在非均匀磁场中，且其离绕组的距离各不相同，受磁场感应产生的电动势大小各不相等，使得铁芯和夹件之间会产生电位差。

图2 12脉动换流

图3 换流变运行环境

换流站投运的最初几年，由于铁芯和夹件的绝缘标准较高且各自接地，铁芯和夹件不会出现影响换流变的正常运行。但是，随着换流变运行时间变长，加之换流变运行中震动较大，铁芯及夹件之间的绝缘下降。当绝缘性能降低到一定水平时，铁芯和夹件之间的电位差就会发生放电。长此以往，铁芯电流增大，引起换流变内部异常，进而导致换流变运行故障。

3 典型故障案例及处理对策

3.1 案例概述

某换流站，运维人员在日常运维过程中发现换流变夹件接地，全电流测量值超过70 A。随后运维人员对换流变在线油色谱数据进行检查，发现乙炔等重要数据都在合理范围内。检修班取油进行油化试验，试验数据都在合理范围内。运维人员开展红外测温，换流变各重要部件温度都在合理范围内，运行过程中未见异响。测试绝缘电阻发现，夹件对箱壳绝缘电阻低，用万用表进行测量，发现处于导通状态。

3.2 处理对策

结合上述检查结果，检修人员认为，造成电流值过大的原因为夹件对箱壳绝缘电阻较低。检修人员经过和厂家专业人员的商议，并综合考虑现场实际运行情况，决定在换流变夹件与油箱之间接入电阻，提高绝缘水平，降低接地电流。经过讨论，决定接入电阻值为400 Ω且额定功率为400 W的电阻。检修完成后进行复测，入地电流小于10 mA，满足现场运行规定。

3.3 原因分析

对近几年铁芯夹件入地电流较大和绝缘水平降低的情况进行分析，发现导致这种情况的因素较多，但主要由以下几种原因导致。第一，夹件对地引线出现破损，导致绝缘水平降低。第二，夹件上下定位由于设计问题出现绝缘破损情况，导致接地电流增大。这种情况一般出现在运行时间较长的换流变中。第三，夹件金属件和油箱之间出现异物，导致出现搭接现象。

4 运行维护对策

4.1 提高巡检质量

换流站占地面积大且设备多，巡检人员巡检量较大。一般巡检人员巡检过程中主要关注主要设备的主要组成部分。以换流变为例，一般关注油位、分接开关档位以及冷却器等情况，对其他设备关注较少。通过以上分析可以发现，近几年换流变铁芯夹件故障是换流器故障中的重要故障。巡检人员在日常巡检过程中，要加强对铁芯夹件外部接地点的关注。如果有异物要及时处理，并结合常规检修工作对故障点进行绝缘监测，确保铁芯与夹件的绝缘水平满足换流变运行要求。

4.2 提高在线监测使用效果

铁芯夹件故障主要的特点是铁芯电流增加，油色谱相关数值出现异常。针对这种情况，运维人员要加强对在线监测设备的使用频率，在使用过程中重点关注铁芯夹件电流数值，并进行比对。若发现存在上升趋势，要立刻采取相关测试进行确认，确定存在上升趋势后，则需立刻采取相关措施。目前，一些换流站在线监测系统并未具备采集铁芯接地电流的功能。针对这种情况，要及时开展技术改造，及时将铁芯接地电流纳入在线监测系统。铁芯夹件入地电流监视系统如图4所示。对于在线监测系统数据不准确的情况，要开展技术攻关，减少转接环节，提高数据传输质量。同时，轻瓦斯作为铁芯夹件故障的一种辅助信息，运维人员也要加强监视。

图4 铁芯夹件入地电流监视

4.3 开展技术提升

换流变铁芯夹件故障是目前发现的新问题，在后续换流变开发过程中要加强技术升级，针对这类故障进行针对性分析。例如，加强铁芯夹件绝缘水平，对铁芯和夹件接地线未单独引出的换流变要进行针对性整改，确保接地线单独引出，避免由于电位不同形成环流。重新设计铁芯夹件接地线的安装位置，确保两条独立的接地引线不会因为异物形成回路。同时，安装的位置要便于测量。

4.4 加强离线检测

现代在线监测技术已经相对成熟，但是由于转换环节较多，可靠性方面依然存在问题。由于换流变的油出现异常是换流变铁芯夹件出现故障的一个明显现象，因此为了提高换流变铁芯夹件故障的监测能力应定期开展监测工作。运维人员应制定工作计划，按周期联系相关单位进行取油样检测工作，并对检测数据进行留存、比对以及分析，确保换流变油色谱数据平稳无异常。同时，取油样过程要严格执行相关规定，避免因为操作不当而导致杂质误入换流本体引发内部故障。换流站要结合年度检修工作，制定计划全面检查对换流变铁芯夹件，制定相应的绝缘测试方案，并比对分析每年的记录。发现问题后应立即制定消缺计划，消缺完成后应加强离线检测，确保缺陷完全消除才能将换流变转为运行状态。

5 结 论

由于内部结构和工作环境的不同，在日常运行工作中，换流变铁芯夹件更容易发生故障。本文通过具体案例分析换流变铁芯夹件故障产生的原因，结合日常运维人员的习惯，提出了针对性的运维方案，以提高换流变的运维水平。