石明壘，陳文強(qiáng)，張 健，步順德，沈正元

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

特高壓直流輸電（UHVDC）具有輸送容量大、送電距離長(zhǎng)、線路損耗低、輸電走廊窄、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直達(dá)輸送、可實(shí)現(xiàn)異步非同頻聯(lián)網(wǎng)等特點(diǎn)，在大區(qū)域間能源輸送方面，擔(dān)負(fù)起越來越重要的任務(wù)［1-3］。

換流變壓器是一種特殊類型的變壓器，一次繞組連接至交流系統(tǒng)，二次繞組連接至換流閥。換流變壓器利用兩個(gè)繞組之間的耦合傳送功率，實(shí)現(xiàn)交直流系統(tǒng)的絕緣、隔離以及電壓的變換。換流變壓器內(nèi)部故障時(shí)，油箱內(nèi)變壓器油被分解氣化，油箱內(nèi)壓力急劇上升，如不能釋放將導(dǎo)致油箱變形，甚至爆裂。換流變壓器配置壓力釋放閥，油箱內(nèi)壓力值到達(dá)釋放閾值，壓力釋放閥迅速開啟，完成泄壓；當(dāng)內(nèi)部壓力降低到關(guān)閉閾值時(shí)，壓力釋放閥可靠關(guān)閉，變壓器內(nèi)部保持正常壓力，有效防止外界空氣、水分等進(jìn)入本體內(nèi)部［4-11］。

壓力釋放閥作為換流變壓器的附件，其能否保持正確狀態(tài)關(guān)系到換流變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此當(dāng)換流變壓器壓力釋放閥出現(xiàn)故障時(shí)，需要及時(shí)對(duì)壓力釋放閥進(jìn)行檢查處理，常規(guī)技術(shù)方案耗時(shí)長(zhǎng)、流程復(fù)雜、受環(huán)境影響較大，為減小設(shè)備停役時(shí)間，在壓力釋放閥異常時(shí)進(jìn)行快速更換，須研究新的處理方案。

1 換流變壓器壓力釋放閥異常描述

±800 kV 賓金特高壓直流工程2014 年3 月試運(yùn)行，輸送容量8 000 MW。金華站內(nèi)配置28 臺(tái)換流變，24 臺(tái)在運(yùn)，4 臺(tái)備用。金華站極1 高Y／Y－C 相換流變壓器型號(hào)為ZZDFPZ－382000／500－800。2019 年6 月，本體壓力釋放閥根部與箱蓋法蘭接觸面出現(xiàn)滲油現(xiàn)象，如圖1 所示。

圖1 本體壓力釋放閥滲油

按照常規(guī)檢修方法，處理本體壓力釋放閥滲油要對(duì)換流變壓器壓力釋放閥上部進(jìn)行排油，排油量約6 t，排油區(qū)域如圖2 和圖3 所示，復(fù)裝時(shí)進(jìn)行真空注油、熱油循環(huán)、排氣、靜置等工藝，工期約48 h。在迎峰度夏期間金華站滿負(fù)荷8 000 MW 運(yùn)行，停電損失約3.84 億kWh。

圖2 排油前排油區(qū)域

圖3 排油后排油區(qū)域

2 真空原理壓力釋放閥滲油處理方案

2.1 方案原理

為提升工作效率，提出了真空原理零排油換流變壓器本體壓力釋放閥更換處理方案。

方案原理是將換流變壓器油枕與本體隔離，利用換流變壓器本體的全密封狀態(tài)，將本體部分絕緣油抽至油枕。利用絕緣油在升高座頂部形成的真空帶，如圖4 和圖5 所示，使壓力釋放閥安裝法蘭面（厚度約4 cm）開口處壓力平衡，換流變壓器本體不進(jìn)氣，絕緣油不溢出，可快速完成壓力釋放閥滲油處理工作。

圖4 真空帶

圖5 真空帶等效原理

2.2 理論分析

2.2.1 油枕剩余空間計(jì)算

如圖6 所示，油枕的半徑r 為1.6 m，油枕長(zhǎng)h為6.2 m，根據(jù)換流變壓器非電量保護(hù)定值要求，油位高85%時(shí)報(bào)警，則最高油位時(shí)油面寬度為

則實(shí)際運(yùn)行時(shí)，油面寬度d 應(yīng)滿足

圖6 油枕參數(shù)

d=3.2 m 時(shí)，油枕剩余空間最大，為

此時(shí)，油枕剩余空間最小，

2.2.2 換流變壓器高于箱體的油的體積

忽略閥側(cè)套管內(nèi)絕緣組件所占體積，忽略部分細(xì)油管的體積。套管油中部分簡(jiǎn)化成圓錐。

1）網(wǎng)側(cè)高壓升高座油體積。

網(wǎng)側(cè)高壓升高座半徑r10為0.414 m，高度h10為2.05 m，套管根部半徑r1為0.287 m，套管油中部分高度h1=1.35 m，則網(wǎng)側(cè)高壓升高座油體積為

2）網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)升高座油體積。

網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)升高座半徑r20為0.255 m，高度h20為2.03 m，套管根部半徑r2為0.143 m，套管油中部分高度h2為1.28 m，則網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)升高座油體積為

3）閥側(cè)首端套管升高座油體積。

閥側(cè)首端套管升高座半徑r30為0.72 m，高度h30為2 m，套管根部半徑r3為0.435 m，套管油中部分高度h3為2 m，則閥側(cè)首端套管升高座油體積為

4）主管道中油體積。

查閱圖紙資料，換流變壓器箱沿上部主管道半徑r40為0.048 m，長(zhǎng)度h40為3.98 m，則主管道中油體積為

綜上，壓力釋放閥的油面以上油的體積為

結(jié)合換流變壓器內(nèi)部不規(guī)則絕緣件所占體積，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)換流變壓器絕緣油數(shù)量取理論計(jì)算的1／3 更接近于實(shí)際含量，即1.5 m3，記為Vb?？紤]最不利情況，絕緣含量Vb接近于4.521 6 m3。

由上可知，理論計(jì)算最大絕緣油含量Va仍小于油枕剩余空間，因此，可以將換流變壓器壓力釋放閥上部絕緣油排入到油枕中。

2.2.4 濾油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算

1）計(jì)算油在20 ℃下的標(biāo)準(zhǔn)體積。

式中：F 為石油體積溫度系數(shù)，換流變壓器采用克拉瑪依絕緣油，根據(jù)GB 1885—1983 可知F 為0.000 69；T 為換流變壓器油枕內(nèi)部油溫，6 月份換流站滿功率8 000 MW 運(yùn)行，油溫約80 ℃。

2）完成抽油所需的時(shí)間。

根據(jù)濾油機(jī)銘牌顯示，濾油機(jī)的額定速率為v=12 m3／h，進(jìn)而得出抽油所需時(shí)間為

結(jié)合換流變壓器實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，計(jì)算出濾油機(jī)開機(jī)時(shí)間在7 min 左右。

2.3 實(shí)施步驟

方案具體操作步驟如圖7 所示。

圖7 工作相關(guān)閥門與排氣塞示意

1）清理本體壓力釋放閥CP082 附近的油漬。檢查壓力釋放閥法蘭是否滲油。

2）拆除本體壓力釋放閥CP082 防雨罩，檢查壓力釋放閥外觀是否有損壞，螺絲是否未上緊。

3）將油管接于油箱底部排油閥AA001 處，另一側(cè)油管與油枕連接。

4）關(guān)閉儲(chǔ)油柜與本體之間的閥門AA200，打開油箱底部排油閥，開啟濾油機(jī)約5 min，將本體油抽至油枕，關(guān)閉濾油機(jī)。

5）緩慢對(duì)角松動(dòng)壓力釋放閥螺栓，觀察是否存在進(jìn)氣或溢油現(xiàn)象。

6）若則進(jìn)氣則打開瓦斯繼電器閥門，注入部分絕緣油；若溢油則繼續(xù)小功率開啟濾油機(jī)，直至壓力釋放閥開口處不進(jìn)氣不溢油。

7）對(duì)壓力釋放閥開展檢查、更換等處理工作。

8）緩慢地開啟儲(chǔ)油柜與本體之間的閥門AA200，使儲(chǔ)油柜的油緩慢流下。

9）打開網(wǎng)側(cè)高壓套管、中性點(diǎn)套管、閥側(cè)套管等位置排氣塞進(jìn)行排氣。

10）從呼吸器處向換流變膠囊打壓至0.03 MPa，保持2 h 后檢查本體壓力釋放閥CP082 法蘭是否還存在滲油現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

在金華站現(xiàn)場(chǎng)按照新方案開展極1 高端Y／Y－C相換流變壓器本體壓力釋放閥的實(shí)際處理工作。打開壓力釋放閥如圖8 所示，換流變壓器本體無進(jìn)氣，絕緣油無溢出。拆除壓力釋放閥發(fā)現(xiàn)密封墊安裝不到位，導(dǎo)致邊緣壓迫損壞，如圖9 所示。4 h 完成滲油處理工作，現(xiàn)場(chǎng)停電損失由3.84 億kWh 降低至0.08 億kWh，相比于常規(guī)處理方案，本次處理產(chǎn)生1.76 億元經(jīng)濟(jì)效益。

圖8 極1 高Y／Y－C 相換流變壓器壓力釋放閥處理驗(yàn)證

圖9 極1 高Y／Y－C 相換流變壓器壓力釋放閥密封墊破損處理

4 結(jié)語(yǔ)

提出利用真空原理實(shí)現(xiàn)零排油快速更換換流變壓器壓力釋放閥方法，使不排油、不破壞換流變壓器本體真空的設(shè)想得到實(shí)現(xiàn)，完成換流變壓器壓力釋放閥更換工作，技術(shù)方案具有可行性。新型技術(shù)方案受外界環(huán)境等因素干擾較小，操作簡(jiǎn)單，流程簡(jiǎn)化，縮短了處理工期，降低了停電損失。新型技術(shù)方案具有自適應(yīng)功能?？蓱?yīng)用在各個(gè)電壓等級(jí)換流變壓器，以及借鑒至常規(guī)變壓器，也可應(yīng)用于換流變壓器其他附件更換工作。