楊智，谷小博，李晨

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

±800 kV金華換流站換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)

楊智，谷小博，李晨

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

溪洛渡左岸-浙江金華±800 kV特高壓直流輸電工程是國(guó)家電網(wǎng)公司第二個(gè)“±800 kV，800萬(wàn)kW”特高壓直流輸電工程，金華換流站是浙江省內(nèi)第一個(gè)特高壓直流換流站，其中換流變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電壓等級(jí)高，且局部放電試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，要求采取很好的試驗(yàn)條件及抗干擾措施。介紹了金華換流站換流變壓器局部放電試驗(yàn)依據(jù)及試驗(yàn)方法，總結(jié)了試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，為今后的換流變壓器調(diào)試工作提供了經(jīng)驗(yàn)。

換流變壓器；局部放電；抗干擾；直流輸電

0 引言

溪洛渡左岸—浙江金華±800 kV特高壓直流輸電工程（以下簡(jiǎn)稱溪浙工程）是金沙江下游溪洛渡左岸水電外送配套輸電工程，最大輸送功率800萬(wàn)kW，額定電壓±800 kV，是國(guó)家電網(wǎng)公司第二個(gè)“±800 kV，800萬(wàn)kW”特高壓直流輸電工程，也是目前世界上輸送容量最大的直流輸電工程，首次實(shí)現(xiàn)了單回800萬(wàn)kW連續(xù)運(yùn)行和840萬(wàn)kW過(guò)負(fù)荷輸電運(yùn)行，創(chuàng)造了超大容量輸電的新紀(jì)錄。

該工程起自四川宜賓雙龍換流站，止于浙江金華換流站。途經(jīng)四川、貴州、江西、湖南和浙江5省，線路全長(zhǎng)1 679.9 km，其中浙江境內(nèi)新建金華換流站。

作為換流站中最重要的主設(shè)備之一，換流變壓器用于連接交流系統(tǒng)和換流閥，實(shí)現(xiàn)交、直流側(cè)的電氣匹配和電氣隔離，并可限制短路電流。與常規(guī)交流變壓器承受應(yīng)力不同，換流變壓器閥側(cè)繞組所承受的電壓為直流電壓疊加交流電壓，并且兩側(cè)繞組中均有一系列的諧波電流，還要承受極性反轉(zhuǎn)的應(yīng)力[1]。換流變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其可靠性對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)的運(yùn)行起到關(guān)鍵作用，按照國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW 275-2009《±800 kV直流系統(tǒng)電氣設(shè)備交接驗(yàn)收試驗(yàn)》[2]的要求，特高壓換流變壓器必須進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，這是換流變壓器各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中考察絕緣性能最有效的試驗(yàn)方法。

本文對(duì)金華換流站換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析。

1 換流變壓器局部放電試驗(yàn)

±800 kV特高壓直流金華換流站分兩極，每一極分高、低端，每一端分Y/Y，Y/Δ連接，再分三相，運(yùn)行中有24臺(tái)換流變壓器，另有4臺(tái)備用換流變壓器。換流變壓器為油浸式單相雙繞組結(jié)構(gòu)，高端換流變壓器的主要參數(shù)如表1所示。

表1 高端換流變壓器參數(shù)

1.1 試驗(yàn)接線

根據(jù)Q/GDW 275-2009《±800 kV直流系統(tǒng)電氣設(shè)備交接驗(yàn)收試驗(yàn)》和GB 1094.3-2003《電力變壓器第3部分：絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙》[3]的有關(guān)技術(shù)要求，確定了局部放電試驗(yàn)的接線及加壓方法。

試驗(yàn)采用變頻電源加壓，具有試驗(yàn)設(shè)備少、接線簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)閥側(cè)套管的聯(lián)結(jié)組別不同，選擇不同的試驗(yàn)接線方式。對(duì)于Y/Y連接的換流變壓器，采取閥側(cè)繞組單端加壓勵(lì)磁，網(wǎng)側(cè)繞組中性點(diǎn)接地的接線方式，局部放電試驗(yàn)的接線如圖1所示。對(duì)于Y/Δ連接方式的換流變壓器，閥側(cè)繞組兩端對(duì)稱加壓勵(lì)磁，分相進(jìn)行，局部放電試驗(yàn)的接線如圖2所示。

圖1 Y/Y連接方式換流變壓器局部放電試驗(yàn)接線

1.2 試驗(yàn)加壓方式

網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)地的試驗(yàn)電壓及其加壓過(guò)程如圖3所示。試驗(yàn)程序如下：

（1）在不大于U2/3的電壓下接通電源。

圖2 Y/Δ連接方式換流變壓器局部放電試驗(yàn)接線

圖3 局部放電試驗(yàn)加壓程序示意

（7）電壓降到U2/3以下時(shí)，方可斷開(kāi)電源。

試驗(yàn)時(shí)網(wǎng)側(cè)繞組分接開(kāi)關(guān)檔位置于額定電壓檔，根據(jù)試驗(yàn)電壓和被試變壓器的變比，試驗(yàn)時(shí)各側(cè)的電壓值如表2所示。

表2 變壓器局部放電試驗(yàn)時(shí)各側(cè)的電壓

根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]，在電壓下進(jìn)行局部放電量測(cè)量，視在放電量不大于300 pC；在U2電壓下，局部放電量不出現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)，偶爾出現(xiàn)的高幅值脈沖可忽略不計(jì)。

1.3 設(shè)備參數(shù)選擇

變壓器總的容性無(wú)功為[4]：

式中：CHO，CHM，CHL，CMO，CML，CLO分別表示高壓繞組對(duì)地、高壓繞組對(duì)中壓繞組、高壓繞組對(duì)低壓繞組、中壓繞組對(duì)地、中壓繞組對(duì)低壓繞組、低壓繞組對(duì)地間絕緣介質(zhì)的電容量。

根據(jù)出廠報(bào)告，高端Y/Y側(cè)換流變壓器網(wǎng)側(cè)對(duì)閥側(cè)及對(duì)地的電容為26 580 pF，閥側(cè)對(duì)網(wǎng)側(cè)及對(duì)地的電容為10 590 pF，網(wǎng)側(cè)及閥側(cè)對(duì)地電容為28 700 pF，則有：

聯(lián)立式（2）—（5），得出網(wǎng)側(cè)對(duì)地電容CHO=21 345 pF，閥側(cè)對(duì)地電容CLO=5 355 pF，網(wǎng)側(cè)對(duì)閥側(cè)電容CHL=5 235 pF。在電壓U1下，UH=476.3 kV，UL= 151.1 kV。設(shè)試驗(yàn)頻率為200 Hz，以上參數(shù)值代入式（1），計(jì)算得到Q（200Hz）=1 932 kvar，估算被試換流變壓器閥側(cè)電容電流為12.8 A。

被試變壓器在不同試驗(yàn)電壓下的有功功率和有功電流的計(jì)算公式如下[5]：

式中：Us為試驗(yàn)電壓，UN為閥側(cè)額定電壓f為試驗(yàn)電源頻率；P0為50 Hz時(shí)換流變壓器空載損耗；Ps為試驗(yàn)頻率時(shí)換流變壓器空載損耗；IRa為有功電流；fN為額定頻率。假定f=200 Hz，查出廠報(bào)告P0= 215 kW，代入式（6）和（7），計(jì)算得到Ps=353.7 kW，IRa=2.34 A。

綜上，在圖1、圖2中，變頻電源G選擇HVFS-400，輸出功率400 kW，頻率調(diào)節(jié)范圍20~300 Hz；勵(lì)磁變壓器T額定容量為800 kVA，變比為180 kV/400 V，輸出電流4.4 A；補(bǔ)償電抗器L選擇2臺(tái)電抗器并聯(lián)使用，每臺(tái)額定電壓180 kV，額定電流7 A，額定電感量31.5 H。

2 試驗(yàn)結(jié)果及發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

以極Ⅱ高端Y/Y換流變壓器為例，3相的試驗(yàn)頻率分別為171 Hz，170 Hz和170 Hz，3相的背景干擾分別為70 pC，60 pC和50 pC，試驗(yàn)中補(bǔ)償電抗器電流為10 A，其余設(shè)備的參數(shù)也與計(jì)算值相當(dāng)，設(shè)備的選型準(zhǔn)確無(wú)誤，極Ⅱ高端Y/ Y換流變壓器局部放電試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 高端Y/Y換流變壓器局部放電試驗(yàn)結(jié)果

2.2 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，通過(guò)紫外成像設(shè)備觀測(cè)并參照DL/T 417-2006《電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備測(cè)量導(dǎo)則》[6]，對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行排查，問(wèn)題歸結(jié)如下：

（1）套管升高座螺絲接地不良，試驗(yàn)波形如圖4（a）所示，兩邊脈沖成對(duì)出現(xiàn)，對(duì)與對(duì)間隔相同，有時(shí)會(huì)沿基線往復(fù)移動(dòng)。使用裸銅線短接接觸不良的螺絲并可靠接地，消除了發(fā)生放電的懸浮電位導(dǎo)體的影響。此外，被試換流變壓器附近的圍欄、油箱等可能電位懸浮的導(dǎo)體均應(yīng)可靠接地，防止因雜散電容耦合而產(chǎn)生懸浮電位放電。

（2）被試換流變壓器網(wǎng)側(cè)、閥側(cè)套管頂部裝有均壓帽，吊裝網(wǎng)側(cè)均壓帽時(shí)，吊環(huán)遺留在均壓帽上，試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了尖端放電，局部放電波形如圖4（b）所示。均壓帽與導(dǎo)電桿接觸應(yīng)可靠并用裸銅線連接，防止套管尖端電暈放電。

（3）試驗(yàn)用電抗器與勵(lì)磁變壓器連接的擴(kuò)徑導(dǎo)線接頭處出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，局部放電波形如圖4（c）所示。導(dǎo)線與設(shè)備、導(dǎo)線與樣品的連接處最容易引起電場(chǎng)集中，是產(chǎn)生電暈的薄弱環(huán)節(jié)，因此應(yīng)仔細(xì)檢查，確保其連接牢靠不松動(dòng)。試驗(yàn)電抗器接地回路存在接觸不良的現(xiàn)象，由地線引進(jìn)干擾信號(hào)，局部放電波形如圖4（d）所示，可以看到試驗(yàn)電源零位的不規(guī)則干擾脈沖，與電壓成比例。為消除地網(wǎng)中雜散電流對(duì)測(cè)試的影響，應(yīng)檢查地線連接，堅(jiān)持局部放電試驗(yàn)測(cè)試回路一點(diǎn)接地的原則。同時(shí)，所有的接地線采用帶有絕緣護(hù)套的地線，并將試驗(yàn)電源、勵(lì)磁變壓器和補(bǔ)償電抗器外殼接地線分別引至被試變壓器油箱的接地引下線上，防止地線環(huán)流產(chǎn)生干擾。

（4）對(duì)4臺(tái)備用換流變壓器進(jìn)行局部放電試驗(yàn)時(shí)，只對(duì)靠近被試備用換流變壓器的單端閥廳停電，全站運(yùn)行方式為雙極大地回線方式，地電流干擾比較明顯。從圖4（e）可以看到12脈動(dòng)干擾波形，因此窗口選擇避開(kāi)12脈動(dòng)的干擾波形，見(jiàn)圖4（f）。圖4（f）沒(méi)有明顯的典型放電特征，全過(guò)程記錄的最大放電量為160 pC，說(shuō)明該換流變壓器局部放電試驗(yàn)合格[7]。局部放電試驗(yàn)后油色譜試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)乙炔，總烴未增長(zhǎng)，進(jìn)一步判斷變壓器內(nèi)部無(wú)放電現(xiàn)象。

2.3 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)可能存在的干擾

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)可能存在的干擾有：試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部的放電干擾、線路的電暈放電、各連接處接觸不良帶來(lái)的干擾、接地系統(tǒng)的干擾、試驗(yàn)場(chǎng)地周圍物體的懸浮電位放電、來(lái)自試驗(yàn)電源和儀器電源的干擾等[8]。應(yīng)該采取一系列抗干擾措施，綜合治理，以消除或抑制上述干擾，保證測(cè)量的可靠性，提高測(cè)量的靈敏度。

3 結(jié)論

針對(duì)特高壓金華換流站換流變壓器局部放電試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合試驗(yàn)得到的幾種典型局部放電波形進(jìn)行分析，給出解決方案，為今后的特高壓換流變壓器調(diào)試工作提供借鑒。

溪浙工程首次實(shí)現(xiàn)了高端換流變壓器的自主研發(fā)和設(shè)計(jì)制造，通過(guò)局部放電試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行考核，確保其成功投入運(yùn)行。國(guó)產(chǎn)化實(shí)現(xiàn)了新突破，鞏固、擴(kuò)大了我國(guó)在特高壓輸電技術(shù)開(kāi)發(fā)、裝備制造和工程應(yīng)用領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

圖4 局部放電測(cè)量波形

[1]劉振亞.特高壓交直流電網(wǎng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]Q/GDW 275-2009±800 kV直流系統(tǒng)電氣設(shè)備交接驗(yàn)收試驗(yàn)[S].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[3]GB 1094.3-2003電力變壓器第3部分：絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[4]谷小博.變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)有關(guān)問(wèn)題的分析[J].浙江電力，2011，30（5）∶5-8.

[5]吳云飛，汪濤，沈煜，等.特高壓換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)技術(shù)[J].高電壓技術(shù)，2011，37（9）∶2140-2148.

[6]DL/T 417-2006電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備測(cè)量導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[7]謝超，孫勇.800 kV特高壓換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)[J].中國(guó)電力，2011，44（1）∶19-21.

[8]王曉蓉，胡龍龍，張冠軍，等.局部放電測(cè)量方法及其測(cè)量回路的抗干擾研究[J].高壓電器，2001，37（4）∶10-13.

（本文編輯：趙曉明）

On-site Partial Discharge Test of Converter Transformer in±800 kV Jinhua Converter Station

YANG Zhi，GU Xiaobo，LI Chen
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

±800kV Xiluodu left shore-Zhejiang Jinhua EHV DC transmission Project is the second"±800 kV and 8000 MW"EHV DC transmission project of SGCC.Jinhua station is the first EHV DC converter station in Zhejiang province.Complex insulation structure，high voltage class and complex environment of on-site partial discharge require good testing conditions and anti-interference measurement.This paper introduces basis and method of partial discharge test in Jinhua EHV DC converter transformer and summarizes the problem found in the test，providing experience for converter transformer commissioning in the future.

converter transformer；partial discharge；anti-interference；DC transmission

TM866

B

1007-1881（2015）06-0009-04

2015-02-26

楊智（1984），男，工程師，主要從事高電壓設(shè)備試驗(yàn)研究工作。