馬驥峰，劉斯佳，肖燁輝

（上海市電力公司 檢修公司直流運(yùn)檢中心，上海 201708）

0 引言

南橋站共有7臺(tái)換流變，其中6臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。換流變?yōu)閱蜗嗳@組型式，德國(guó)TU公司產(chǎn)品，后被西門子公司收購(gòu)。1986年生產(chǎn)，1989年投運(yùn)。每臺(tái)換流變有6支套管，套管編號(hào)1.1和1.2為交流網(wǎng)側(cè)F＆G的油紙電容式套管；套管編號(hào)2.1和2.2為閥側(cè)星形繞組套管，其中12只為F＆G的油紙電容式套管，2只為HSP的油紙電容式套管；套管編號(hào)3.1和3.2為閥側(cè)三角繞組F＆G的油紙電容式套管。

1 故障原因分析

1.1 故障現(xiàn)象

2012年1月31日5：34南橋站直流監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出P1PPR A（換流器差動(dòng)保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作）、P1PPR A／B（Y橋差動(dòng)保護(hù)Ⅲ段動(dòng)作）等報(bào)警信號(hào)。極1閉鎖，交流開關(guān)跳開?，F(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)極1換流變A相本體頂蓋及左側(cè)底部出現(xiàn)漏油；網(wǎng)側(cè)1.1，1.2號(hào)套管，閥側(cè)2.1，2.2，3.1，3.2號(hào)套管外表面未見異常；套管末屏、電流互感器（TA）端子盒等部位無(wú)異常；閥側(cè)2.1號(hào)套管頂部外罩鼓起，對(duì)該套管進(jìn)行放油檢測(cè)，沒有絕緣油流出。

1.2 追溯事件記錄

根據(jù)2012年1月31日5：34事件記錄，極1 PPRA／B系統(tǒng)換流器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，Y橋差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，極1換流變1／2套保護(hù)比例差動(dòng)動(dòng)作，兩套換流變非電量保護(hù)本體重瓦斯動(dòng)作。涉及保護(hù)動(dòng)作的相關(guān)器件如圖1所示。

根據(jù)事件記錄順序，最初導(dǎo)致極1閉鎖的保護(hù)為換流器差動(dòng)Ⅱ段保護(hù)，其保護(hù)動(dòng)作條件為｜IdYC－IdDC｜＞max（0.2×Idnom，0.2×｜IdYC＋I(xiàn)dDC｜／2），動(dòng)作延時(shí)5ms。2012年1月31日5：34：51故障錄波記載如圖2所示。

圖1 差動(dòng)保護(hù)配置示意

圖2 故障錄波記載

由圖2故障錄波曲線可知，故障發(fā)生時(shí)閥組高低壓端的直流電流出現(xiàn)差值1 900A左右（0.20s至0.21s間，低壓端電流IDDC為0A，高壓端電流IDYC為1 900A），持續(xù)時(shí)間超過(guò)5ms，滿足動(dòng)作條件，保護(hù)正確動(dòng)作。

根據(jù)換流變比例差動(dòng)和本體重瓦斯動(dòng)作分析，懷疑換流變閥星側(cè)繞組存在接地。根據(jù)故障錄波記載，故障發(fā)生時(shí)Y橋正處于V3和V4導(dǎo)通期，如圖3所示。

故障電流通過(guò)故障點(diǎn)流回對(duì)站，故障初期電流IDYC和IDYL增大，而閥側(cè)電流和中性母線電流減小到零。只有IDYC有值，IDDC，IVY，IVD都沒值。由于存在接地故障點(diǎn)，所以造成換相失敗。閥由V3，V4導(dǎo)通→V4，V5導(dǎo)通狀態(tài)不變→V5，V6導(dǎo)通，如圖4所示。

故障發(fā)生后，換流器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，執(zhí)行Y閉鎖，逆變側(cè)立即投入BPPO，根據(jù)錄波波形可知BPPO投入為C相，投入BPPO后換流變閥星出現(xiàn)兩相短路，根據(jù)兩相短路波形僅存在C相一相，其他兩相均沒有故障電流，同時(shí)結(jié)合非電量保護(hù)A相重瓦斯動(dòng)作，推測(cè)故障電流的走向如圖5所示。

圖5 故障電流的走向

閥星電流波形如圖6所示。

圖6 閥星電流波形

根據(jù)以上分析，推測(cè)換流變閥星側(cè)繞組套管A相TA附近存在接地故障。

1.3 電氣試驗(yàn)及油樣分析

電氣性能檢測(cè)結(jié)果為：極1A相換流閥觸發(fā)導(dǎo)通合格；A相繞組絕緣電阻明顯下降，但鐵心夾件絕緣正常。油化性能檢測(cè)結(jié)果為：極1A相相關(guān)氣體含量均已嚴(yán)重超標(biāo)，表明極1換流變A相出現(xiàn)內(nèi)部放電故障，但B相和C相氣體含量均為正常。

表1 極1換流變A相油化性能檢測(cè) μL／L

1.4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)評(píng)估

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：極1A相換流變本體頂蓋及左側(cè)底部出現(xiàn)漏油，閥側(cè)Y接上部2.1號(hào)套管的頂部外罩鼓起，將該套管吊出后發(fā)現(xiàn)電容芯整體完好，但在套管根部均壓球的高壓端有明顯放電痕跡，如圖7所示。套管法蘭內(nèi)側(cè)也有明顯放電痕跡，如圖8所示。

圖7 套管根部均壓球（高壓端）放電痕跡

圖8 套管法蘭內(nèi)側(cè)放電痕跡

分析認(rèn)為：2.1號(hào)套管發(fā)生故障時(shí)的短路電流引發(fā)了相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。短路電流的放電通道，是從套管下瓷套的下部高壓端部?jī)?nèi)表面，向套管接地法蘭處放電，形成貫穿性通道導(dǎo)致下瓷套爆裂，使得套管升高座部位絕緣喪失，繼而發(fā)展為套管均壓球?qū)μ坠躎A升高座部位擊穿，如圖9所示。

圖9 套管放電示意圖

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析與防范措施

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析

1）通過(guò)對(duì)故障變壓器的測(cè)試，除了受污染外未發(fā)現(xiàn)其他異常，排除了變壓器老化或異常引發(fā)故障的可能性。

2）電容芯外觀良好，故障后測(cè)得電容量數(shù)據(jù)正常，排除了電容芯異常引發(fā)故障的可能性。

3）套管運(yùn)行時(shí)油壓正常，故障部位發(fā)生在下瓷套，排除了套管內(nèi)部漏油引發(fā)故障的可能性。

4）套管運(yùn)行在戶內(nèi)，故障后介損試驗(yàn)正常，排除了套管受潮引發(fā)故障的可能性。

5）發(fā)生故障的套管為下瓷套油紙電容式套管，共有油、紙和瓷套三種絕緣介質(zhì)。瓷套電阻率大，沿面電場(chǎng)強(qiáng)度高，瓷套自身的沿面耐受能力差，易積累空間電荷，長(zhǎng)期在交直流復(fù)合場(chǎng)強(qiáng)下，一旦介質(zhì)發(fā)生劣化或者衰變，極易造成沿面放電。從套管放電部位是套管底部沉淀物易集中區(qū)來(lái)看，套管發(fā)生故障的原因是長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生的衍生物、分解物、溶解物等引起介質(zhì)劣化，造成場(chǎng)強(qiáng)畸變，導(dǎo)致套管發(fā)生故障。

在高壓直流套管的油紙絕緣系統(tǒng)中，交流系統(tǒng)電場(chǎng)為電容性特性，直流系統(tǒng)電場(chǎng)為電阻性特性。因此，在交流電壓作用下，等位線和最大的電場(chǎng)強(qiáng)度均出現(xiàn)在電容率較低的油隙中，而在直流電壓作用下，等位線和最大電場(chǎng)強(qiáng)度主要出現(xiàn)在電阻率高的絕緣紙中。在直流換流中，由于容性電場(chǎng)和阻性電場(chǎng)疊加后使得絕緣紙板中的合成電場(chǎng)降低，油隙中的合成電場(chǎng)增加。絕緣紙中的電場(chǎng)強(qiáng)度較直流時(shí)的相對(duì)值小，而油隙中的合成電場(chǎng)較直流時(shí)與交流情況下的電場(chǎng)強(qiáng)度大。因此，此下瓷套油紙電容式套管油介質(zhì)中，在交直流合成電場(chǎng)中承受電場(chǎng)強(qiáng)度高，為了防止此類故障的發(fā)生，應(yīng)考慮采用其他絕緣介質(zhì)結(jié)構(gòu)的套管來(lái)替代此套管絕緣方式。

2.2 防范措施

為了防止同類套管再次發(fā)生類似故障，采取3種防范措施：一是采取局放超聲波監(jiān)測(cè)等輔助手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)；二是結(jié)合停電檢修，對(duì)套管取油樣進(jìn)行分析；三是停電檢修時(shí)增加套管末屏的介損測(cè)量。

3 結(jié)語(yǔ)

2012年1月31日南橋站極1換流變A相2.1號(hào)套管發(fā)生故障，主要原因是套管的油中瓷套結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周，此結(jié)構(gòu)瓷套沿面電場(chǎng)強(qiáng)度高，一旦介質(zhì)劣化、衰變后容易發(fā)生故障。建議對(duì)該類套管進(jìn)行改進(jìn)，取消油中瓷套，減少介質(zhì)界面，這樣可以簡(jiǎn)化絕緣結(jié)構(gòu)，提高套管可靠性。鑒于該類型油紙直流套管存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，建議更換為目前使用量大、運(yùn)行良好的油紙SF6氣體套管或者膠紙SF6氣體套管。