周海峰，郭樹(shù)永

(中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓公司 天生橋局，貴州 興義 562400)

0 引言

高壓直流輸電系統(tǒng)主要由整流站、逆變站、高壓線路和相關(guān)附屬設(shè)備(無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、濾波設(shè)備和變壓器等)組成。在送端將交流電變換為直流電(稱為整流)，經(jīng)過(guò)直流輸電線路送到受端，受端將直流電變換為交流電(稱為逆變)，然后送到受端的交流系統(tǒng)中供用戶使用。送端進(jìn)行整流變換的地方稱為整流站，受端進(jìn)行逆變變換的地方稱為逆變站。

整流站和逆變站統(tǒng)稱為換流站。換流站設(shè)備包括閥廳設(shè)備和交流場(chǎng)設(shè)備、直流場(chǎng)設(shè)備。換流站閥廳內(nèi)設(shè)備主要有懸掛式四重閥及相應(yīng)的閥冷卻系統(tǒng)。輔助設(shè)備包括站用電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、尋呼系統(tǒng)以及監(jiān)視系統(tǒng)等。直流場(chǎng)主要設(shè)備有平波電抗器、復(fù)合型光CT/PT、直流濾波器以及直流開(kāi)關(guān)等。與高壓直流相關(guān)的設(shè)備主要有交流濾波器/并聯(lián)電容器組、換流變壓器和交流PLC濾波器等。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高壓直流輸電系統(tǒng)已在全國(guó)廣泛應(yīng)用。本文以中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局(以下簡(jiǎn)稱天生橋局)管轄的±500 kV興安直流興仁換流站、±500 kV天廣直流天生橋換流站為例，分析一次設(shè)備故障的特點(diǎn)，對(duì)出現(xiàn)的故障和跳閘情況、緊急重大缺陷、重復(fù)性典型性一般缺陷進(jìn)行了歸納、匯總分析，制訂處理及防范措施。

1 一次設(shè)備故障及跳閘原因分析

天生橋局一次設(shè)備典型故障、跳閘情況如圖1所示。

圖1 天生橋局一次設(shè)備典型故障、跳閘情況

1.1 開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備故障及跳閘原因分析

1.1.1 500 kV 5043開(kāi)關(guān)閃絡(luò)引起跳閘

故障情況：線路單相接地故障，主保護(hù)動(dòng)作，線路重合不成功，相關(guān)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)500 kV 母線2套母差保護(hù)，引起母線跳閘。

發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)行人員觀察到5043開(kāi)關(guān)處有放電的火光。檢修人員發(fā)現(xiàn)，該開(kāi)關(guān)C相開(kāi)關(guān)靠CT側(cè)本體斷口均壓電容外絕緣上有明顯的閃絡(luò)現(xiàn)象，4個(gè)均壓環(huán)上有擊穿孔洞。5043開(kāi)關(guān)均壓環(huán)擊穿位置如圖2所示。

圖2 5043開(kāi)關(guān)均壓環(huán)擊穿位置

原因初步分析：500 kV 5043開(kāi)關(guān)所在的串是不完整串(3/2接線)，避雷器的安裝位置不符合要求，開(kāi)關(guān)遭受了近區(qū)雷擊，導(dǎo)致外絕緣閃絡(luò)，避雷器未起到保護(hù)作用。

1.1.2 220 kV 2062開(kāi)關(guān)絕緣拉桿松脫故障

故障情況：2011-01-25，天生橋換流站220 kV #1站用變壓器充電過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在2062開(kāi)關(guān)未合閘時(shí)，#1站用變壓器B相即帶有電壓。將其操作到檢修狀態(tài)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2062開(kāi)關(guān)B相在分閘、合閘狀態(tài)下回路電阻均為50 μΩ左右，說(shuō)明2062開(kāi)關(guān)B相在分閘操作后沒(méi)有實(shí)際可靠分開(kāi)，主回路仍然處于正常導(dǎo)通狀態(tài)。

原因分析：對(duì)2062開(kāi)關(guān)進(jìn)行解體檢查，可看出2062開(kāi)關(guān)B相故障的原因?yàn)榻^緣拉桿松動(dòng)脫落，如圖3所示。

圖3 脫落的絕緣拉桿螺紋扣

造成絕緣拉桿松動(dòng)脫落的主要原因有以下2點(diǎn)。

(1)絕緣拉桿采用的螺旋連接方式設(shè)計(jì)不合理，由于工作缸傳遞給絕緣拉桿1個(gè)旋轉(zhuǎn)力矩，該旋轉(zhuǎn)力矩方向不確定(方向具有隨機(jī)性)，長(zhǎng)期運(yùn)行后，很容易造成鋁接頭與絕緣拉桿接頭處松動(dòng)脫落。

(2)絕緣拉桿接頭與鋁接頭處采用的環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑質(zhì)量不可靠，其粘接強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求、固化強(qiáng)度不夠、時(shí)間久易老化也是導(dǎo)致絕緣拉桿松脫的原因。

1.2 平抗類(lèi)設(shè)備故障及跳閘原因分析

故障情況：2010-04-15 T 13:33:06，興仁換流站直流極1極母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作(87 HV)，直流極1跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)極1平波電抗器1.1套管末屏螺帽被沖開(kāi)，末屏處有局部燒傷痕跡。

原因分析：現(xiàn)場(chǎng)檢查極1平波電抗器1.1套管末屏處燒壞、末屏引線掉落，SF6氣體由末屏連接孔全部漏光?？赡茉蚴翘坠軆?nèi)部電容芯子表面接地銅帶與末屏未連接好，致使接地銅帶在復(fù)合絕緣套內(nèi)懸浮，造成電容芯子沿面放電將末屏擊穿。

1.3 交流濾波器類(lèi)設(shè)備故障及跳閘原因分析

1.3.1 500 kV 563交流濾波器跳閘

故障情況：2011-01-11 T 09:00， 573交流濾波器C1不平衡保護(hù)一段告警，573開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作,573交流濾波器跳閘。

原因分析：檢修人員在跳閘發(fā)生后2 h趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不斷有覆冰從電容器上脫落，電容器覆冰主要位置為電容器套管下側(cè)以及電容器本體下側(cè)，電容塔越往上層冰層越厚?，F(xiàn)場(chǎng)觀察C相電容器組，外觀整潔完整，無(wú)任何異常，測(cè)量大臂、單個(gè)電容均無(wú)異常，推斷應(yīng)為冰閃所致。

1.3.2 2011年2月500 kV 563交流濾波器跳閘

故障情況：500 kV 563交流濾波器小組保護(hù)1、小組保護(hù)2的C相電容器C1不平衡保護(hù)1段、2段、3段動(dòng)作，563交流濾波器退出運(yùn)行。

原因分析：現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)563交流濾波器C相左塔頂層第6個(gè)電容器右接線柱與管母線連接電纜對(duì)電容器外殼有放電痕跡，電纜放電位置有破損。從破損情形來(lái)看，應(yīng)該很早以前就已存在破損，為何直流停電檢修前未出現(xiàn)故障，而直流停電檢修完該濾波器投入1 h后就出現(xiàn)放電？從現(xiàn)場(chǎng)情形看，放電處電纜與電容器外殼的距離為5 cm左右，而右塔電纜與電容器外殼的距離則在15 cm以上，很可能作業(yè)時(shí)使電纜破損處與電容器外殼的距離變短了，因此在電纜破損、距離縮短雙重因素作用下產(chǎn)生了放電故障。

1.3.3 2011年10月500 kV 572交流濾波器跳閘

故障情況：500 kV 572交流濾波器C1電容器不平衡保護(hù)一段、二段、三段同時(shí)動(dòng)作，572開(kāi)關(guān)跳閘，發(fā)現(xiàn)572交流濾波器場(chǎng)C1電容器B相左邊(從開(kāi)關(guān)側(cè)看)第5層(從下往上數(shù))第1個(gè)右側(cè)套管爆炸，只剩很少一部分套管瓷瓶還粘接在導(dǎo)線柱上，電容器本體開(kāi)裂，大量絕緣油泄漏。

原因分析：由于制造質(zhì)量差等原因(套管被踩踏過(guò)、或搬運(yùn)時(shí)受到撞擊的可能性較大)，電容器的內(nèi)部元件擊穿或因套管密封不良而進(jìn)入潮氣或水(當(dāng)時(shí)正在下雨)，降低了絕緣電阻，從而導(dǎo)致對(duì)外殼放電。

1.4 避雷器類(lèi)設(shè)備故障及跳閘原因分析

2011年6月金換乙線避雷器故障跳閘。

故障情況：金換乙線A相雷擊故障，主1、主2保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)A相并重啟，經(jīng)900 ms延時(shí)后重啟不成功，直接出口跳開(kāi)5051和5053開(kāi)關(guān)三相。

原因分析：判斷分析金換乙線首次遭受雷擊故障后，重合閘啟動(dòng)過(guò)程中線路再次遭受接續(xù)性雷擊，避雷器吸收了較大的雷電沖擊過(guò)電壓能量導(dǎo)致避雷器A相故障，而避雷器通流能力不足是故障主因。

2 防范措施

2.1 開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備

(1)不完整串開(kāi)關(guān)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好雷電侵入波過(guò)電壓計(jì)算與絕緣配合分析，并考慮2個(gè)開(kāi)關(guān)均處于熱備用狀態(tài)時(shí)的雷電侵入波過(guò)電壓情況。

(2)為提高不完整串開(kāi)關(guān)的耐雷水平，可考慮在開(kāi)關(guān)附近增設(shè)避雷器，或在線路桿塔上加裝避雷器。

(3)對(duì)不完整串開(kāi)關(guān)應(yīng)噴涂PRTV涂料，提高防污閃、雨閃能力。

(4)對(duì)一次設(shè)備防污閃進(jìn)行深入研究，注意不同廠家、不同類(lèi)型設(shè)備的積污特性，針對(duì)污穢積聚情況及時(shí)進(jìn)行清污。

(5)對(duì)出現(xiàn)絕緣拉桿松動(dòng)的開(kāi)關(guān)，宜采用目視化管理，在開(kāi)關(guān)分合閘位置觀察窗內(nèi)拉桿的聯(lián)接法蘭(合閘位置指示)上做標(biāo)記，定期進(jìn)行巡視，若該標(biāo)記發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)位移，即判斷為拉桿松動(dòng),并應(yīng)積極聯(lián)系設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行防松改造。

2.2 油浸式平抗類(lèi)設(shè)備

(1)加強(qiáng)套管壓力的巡視和記錄，定期開(kāi)展SF6微水測(cè)試。

(2)定期對(duì)套管進(jìn)行清掃，保持清潔，防止積垢閃絡(luò)。如套管的傘裙間距低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)采取加硅橡膠傘裙套等措施,防止污穢閃絡(luò)和大雨時(shí)閃絡(luò)。

2.3 交流濾波器類(lèi)設(shè)備

(1)低溫雨雪天氣時(shí)注意觀察覆冰狀況，有異常時(shí)及時(shí)申請(qǐng)停電除冰。

(2)電容器組高壓端管母線設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮電容器與管母線連接電纜的走向，避免出現(xiàn)電纜破損而造成擊穿短路故障。

(3)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電容器各連接電纜的檢查維護(hù)力度，電纜絕緣膠皮出現(xiàn)破損、皸裂時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。對(duì)處于危險(xiǎn)區(qū)域的電纜應(yīng)加裝熱縮套管加強(qiáng)絕緣防護(hù)，并使電纜與電容外殼、電纜與金屬構(gòu)架之間保持足夠的距離。

(4)電容器塔清掃時(shí)，務(wù)必對(duì)施工人員做好安全交底，嚴(yán)禁踩踏電容器套管；另外，電容器在安裝、更換時(shí)應(yīng)輕取輕放，要注意保護(hù)瓷瓶和殼體不受任何機(jī)械損傷；搬運(yùn)時(shí)電容器應(yīng)處于直立位置，利用外殼兩側(cè)的吊環(huán)搬運(yùn)，嚴(yán)禁利用電容器套管進(jìn)行搬運(yùn)。

2.4 避雷器類(lèi)設(shè)備

對(duì)各變電站線路進(jìn)線避雷器防雷水平進(jìn)行校核，設(shè)計(jì)院未提供防雷校核報(bào)告的要重新進(jìn)行計(jì)算。對(duì)新建、改建線路，驗(yàn)收時(shí)要對(duì)變電站內(nèi)線路進(jìn)線避雷器的防雷計(jì)算校核報(bào)告、避雷器選型和安裝位置是否正確進(jìn)行檢查，必要時(shí)應(yīng)予以更換。

3 結(jié)束語(yǔ)

換流站一次設(shè)備數(shù)量多，種類(lèi)復(fù)雜，設(shè)備的工藝水平、運(yùn)行維護(hù)能力及設(shè)備檢修能力等，都直接影響到高壓直流輸電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文在對(duì)各大類(lèi)一次設(shè)備障礙及具體型號(hào)一次設(shè)備常見(jiàn)、重復(fù)性故障系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，提出可行的處理及防范措施，以提高輸電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]周海峰,朱革蘭.高壓直流輸電換流站設(shè)備常見(jiàn)障礙及其對(duì)策[J].水電能源科學(xué)，2010，28(2)：146-148.

[2]任達(dá)勇.天廣直流工程歷年雙極閉鎖事故分析[J].高電壓技術(shù)，2006，32(9)：173-175.