換流變壓器閥側套管充氣及壓力檢測裝置的研制
發布時間：2019-07-10 發布作者：
摘 要: 由于靈州換流站 ABB 供貨的換流變壓器閥側套管沒有可觀測的密度表計、沒有專用的補氣口，密度繼電器的校驗、SF6 氣體濕度和分解物檢測、套管實際壓力檢查需將密度繼電器從套管上拆除，容易造成密度繼電器連接處密封圈損壞，直流套管漏氣，影響直流系統的安全穩定運行，針對此問題研制了換流變壓器閥側套管氣體充氣及壓力檢測裝置，旨在解決站內換流變壓器閥側套管實際壓力監測及補氣困難的現狀。
在高壓直流輸電中，換流變壓器( 以下簡稱換流變) 作為直流輸電系統中的關鍵設備，承擔著將送端交流系統的電功率送到整流器，或從逆變器接受電功率送到受端交流系統的作用［1］。換流變在工作原理和結構等方面與一般變壓器類似，較主要的差別是閥側套管同時承受直流電壓和交流電壓。換流變閥側套管作為換流變的外部連接裝置，一側插入換流變壓器油中，作為換流變壓器的重要組成部分; 一側與換流器閥橋相連，作為換流變與換流閥之前的連接裝置［2 － 3］。近年來，隨著國內直流特高壓工程的增加，換流變閥側套管的運行數量也在逐年增多，研制換流變閥側套管充氣及壓力檢測裝置則變得非常重要。
1 問題提出
ABB 供貨的換流變閥側套管無直接觀測的密度表計，檢修期間，給閥側套管注氣，SF6 氣體分解物檢測，套管補氣，密度繼電器校驗等工作帶來不便。
( 1) 在閥側套管進行 SF6 氣體補氣的過程中無法實時、直觀地掌握套管內 SF6 氣體壓力值，只能通過測量直流套管一級報警接點( 310 kPa) 、二級報警( 330 kPa) 接點、跳閘( 310 kPa) 接點的通斷來判斷套管壓力的大致范圍，在補氣過程中需要多人配合，影響補氣的工作效率并且無法準確判斷套管內的氣體壓力［4］。
( 2) 閥側套管 SF6 氣體中濕度含量過高或換流變運行時套管內部放電會使 SF6 氣體產生分解物，當分解物、濕度含量過高時會影響設備的正常運行甚至跳閘，因此需要定期對套管分解物及濕度含量進行檢測。年度檢修期間，需要開展閥側套管 SF6 氣體濕度、分解物和純度測試、密度繼電器的校驗和實際壓力檢查等檢修項目，由于沒有專門的氣體檢測閥門，需要將密度繼電器多次從套管上拆除，容易造成密度繼電器連接處密封圈損壞，出現漏氣的風險［5］。
2 閥側套管充氣及壓力檢測裝置的
研制
為了解決閥側套管密度繼電器校驗、實際壓力檢查和 SF6 氣體化學檢測頻繁拆除密度繼電器的問題，需要設計套管充氣及壓力檢測裝置，裝置實現套管實際壓力檢查需要
壓力表 1 塊、氣動快速連接頭 2 個、球閥 2 個。
2． 1 壓力表的選擇
靈州換流站換流變閥側 a 套管和 b 套管各配置了 2 個 SF6 氣體壓力繼電器，額定壓力為 370 kPa，當壓力為 350 kPa 時，I 段報警; 當壓力為 330 kPa時，II 段報警; 當壓力為 310 kPa 時，發跳閘信號;套管承受極限壓力為 800 kPa［6］，從而，確定套管充氣 及 壓 力 檢 測 裝 置 的 壓 力 表 量 程 要 大 于800 kPa。
2． 2 連接閥門的選擇
為了在閥側套管 SF6 氣體濕度、分解物測試、密度繼電器的校驗和實際壓力檢查期間不需要多次拆除密度繼電器，需要利用閥門的打開與關斷，實現此功能，且由于球閥旋轉 90° 實現快速啟閉和其可靠密封性，故裝置的連接閥門采用球閥。
2． 3 連接接頭的選擇
由于氣動快速連接頭適用于氣壓管路快速連接的接頭，且裝卸方便，性能可靠，故套管充氣及壓力檢測裝置用于連接閥側套管本體和氣瓶，試驗儀器的接頭選用氣動快速連接頭。
2． 4 裝置結構圖設計
通過查找說明書和工程設計圖紙，確定閥側套管密度繼電器的接頭尺寸、螺距和密封圈的大小，從而確認換流變充氣壓力檢測工具的各個連接部件的連接尺寸。
利用 CAD 繪圖軟件，按照所需功能設計出換流變閥側套管充氣及壓力檢測工具的各部件，并通過適當的尺寸連接。
圖 1 中，檢 測 裝 置 主 要 由 真 空 壓 力 表 ( 1 ～900 kPa) 、過渡接頭、DN20 導氣鋼管、DN20 球閥、氣動快速連接頭( 與 DN20 配合使用) 、密封墊圈、焊接螺母組成。其中 1 個氣動快速連接頭連接閥側套管充氣法蘭，另外 1 個氣動快速連接頭連接SF6 氣體鋼瓶。在進行補氣的過程中
真空壓力表可實時顯示套管壓力，實現閥側套管的壓力監測。當需要對密度繼電器進行校驗時，將需要校驗的密度繼電器連接至其中 1 個氣動快速連接頭，將氣瓶接于另外 1 個氣動快速連接頭對該檢測裝置充氣，同時實時觀察真空壓力表的壓力值，通過判斷密度繼電器能否對特定壓力值正確報警動作來完成對繼電器的校驗。需對閥側套管 SF6 氣體濕度、分解物進行檢測時，只需將 SF6 氣體檢測裝置接至氣動快速連接頭，即可對套管內氣體成份進行檢測。
3 使用效果
( 1) 閥側套管充氣及壓力檢測裝置連接至套
管本體上，同時裝置上還裝有氣體壓力表，注氣期間通過該表計能夠實時、直觀地了解套管內部氣體壓力，可以準確地將套管注氣至合適的壓力范圍內［6］。
( 2) 在閥側套管 SF6 進行濕度、分解物測試時，通過使用閥側套管充氣及壓力檢測裝置不僅能提高現場檢修效率，而且避免了密度繼電器由于被多次拆除造成密封圈損壞，從而致使設備漏氣的風險［7］。
( 3) 閥側套管充氣及壓力檢測裝置上配備冗余的閥門及接頭，可用于閥側套管實際壓力檢測。ABB 提供的閥側套管沒有實際壓力表，通過 4 ～20 mA 的模擬量傳送至后臺顯示壓力，一旦出現壓力低信號后，則可以使用閥側套管充氣及壓力檢測裝置對套管的實際壓力檢查［8］，從而確定故障原因。
4 結 論
( 1) 本裝置解決了換流變壓器閥側套管沒有可觀測的密度表計、不能直接讀取閥側套管氣體壓力的問題，首次實現閥側套管的實際壓力檢測，同時避免頻繁拆除密度繼電器造成連接處密封圈損壞，提高了設備的可靠性。
( 2) 本裝置在對套管壓力檢測的同時可以開展 SF6 氣體濕度、分解物、純度測試和密度繼電器的校驗等檢修項目，為換流站設備的運維檢修工作提供了新思路，為現場工作提供了便利。
( 3) 氣密性良好、測量精確是本裝置的關鍵點。通過嚴格選材，合理控制裝置各部件制造設計參數，采用高水平的接頭連接工藝，選用高精度真空 壓 力 表 使 裝 置 的 準 確 性 及 氣 密 性 有 所保障。
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