李 東，尹 啟

（南方電網超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000）

0 引言

±500 kV 某換流站極2 122B 換流變C 相網側高壓套管將軍帽發(fā)熱，溫度達到127 ℃，導致極2 緊急停運［1-3］，經停電現(xiàn)場檢查，拆除套管將軍帽后，發(fā)現(xiàn)將軍帽與導電管的部分螺紋有明顯燒蝕痕跡［4-6］。隨后對極2其他5臺換流變進行排查，發(fā)現(xiàn)YD A相和YY C相換流變套管將軍帽與導電管的螺紋也存在輕微燒蝕痕跡［7-9］。另外，在后續(xù)的運維過程中，極1 211B 換流變B相1.1套管將軍帽運行溫度一直相對其他相高10 ℃～15 ℃，最高溫度達到68.3 ℃，并多次處理無效果［10-12］。在檢修過程中，對極1 211B換流變B相1.1套管將軍帽進行深入檢查處理，打開套管頂部過渡板后發(fā)現(xiàn)套管油枕頂部空腔有大量積水［13-15］。隨后對極1 112B 換流變A 相、極2 122B 換流變A 相、極1 211B 換流變ABC 相、212B 換流變ABC 相進行了抽查，共抽查了8支套管，發(fā)現(xiàn)122B換流變A相、211B換流變B相、211B換流變C 相網側1.1 套管油枕頂部空腔有大量積水［16-18］，具體情況如圖1至圖7所示［19-21］。

圖1 套管頂部過渡板Fig.1 Transition plate on top of casing

圖2 導電管頂部情況Fig.2 Top of the conductive tube

圖3 油枕頂部空腔大量積水Fig.3 A large amount of water in the cavity at the top of the oil pillow

圖5 將軍帽內部情況Fig.5 The internal situation of the general's cap

圖6打開過渡板后發(fā)現(xiàn)套管頂部大量積水Fig.6 After opening the transition plate,a large amount of water is found on the top of the casing

圖7 打開過渡板后發(fā)現(xiàn)套管頂部少量積水Fig.7 After opening the transition plate,a small amount of water is found on the top of the casing

1）122B換流變A相

2）211B換流變B相

3）211B換流變C相

處理情況［22-24］：1）對空腔內部積水進行清理如圖8、圖9；2）對導電管、接線抱夾、引線板等接觸面進行打磨清洗處理；3）安裝一次引流線，進行螺栓力矩緊固。

圖8 清除空腔內積水Fig.8 Remove the water in the cavity

圖9 打開蓋板對積水進行徹底清除Fig.9 Open the cover to completely remove the water

1 進水及發(fā)熱原因分析

1.1 運維情況分析

如圖10 所示，極1 211B 換流變B 相1.1 套管將軍帽在運行過程中溫度一直相對其他相高10 ℃～15 ℃，最高溫度達到68.3 ℃，并多次處理無效果。

圖10 211B換流變1.1套管將軍帽紅外測溫趨勢圖Fig.10 Infrared temperature measurement trend diagram of 211B converter transformer 1.1 casing general cap

1.2 套管將軍帽滲水原因分析

1）將軍帽密封結構分析［25-27］：將軍帽和過渡板之間采用“O”形軟木橡膠墊，如圖11所示，“O”形軟木橡膠墊壓縮量只要不小于0.8 mm 就能起到防水作用。根據分析，當變壓器套管運行存在溫升后，套管導桿因溫升膨脹將向外伸長（伸縮率約1 mm/10 K），換流變額定負載運行時，套管溫升約20 ℃，當導電管溫升40 K時最大膨脹伸長量為5.5 mm，相應的瓷套、法蘭等也會膨脹，雖然“O”形軟木橡膠墊有螺栓壓緊，但是仍然無法保證原將軍帽和過渡板之間的間隙小于0.8 mm。當該間隙大于0.8 mm時，將軍帽與過渡板之間將存在縫隙，導致雨水、潮氣等進入將軍帽內部，隨著溫濕度的交替變化，長期運行之后將導致軟木橡膠墊進一步腐蝕惡化。加之該軟木橡膠墊邊沿長期暴露在外界中，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)橡膠墊邊沿存在開裂的情況，在雨水等外界因素的作用下使之老化速度加快，使用壽命減小。根據現(xiàn)場檢查情況，軟木橡膠墊損壞嚴重，密封失效，導致雨水進入套管頂部空腔。

圖11 將軍帽軟木橡膠墊Fig.11 General cap cork rubber pad

2）過渡板密封結構分析［28-30］：打開過渡板后從過渡板的密封結構來看，如圖12 所示，密封由過渡板與套管儲油柜間的O 型密封圈的縱向彈力提供，且密封面積較大，過渡板由8顆螺栓固定壓緊密封圈，現(xiàn)場檢查密封圈未損壞，雨水從此進入的可能性不大。

1.3 進水原因分析

結合套管運維情況及現(xiàn)場檢查情況分析，判斷造成套管油枕頂部空腔積水的主要原因為將軍帽與過渡板之間的密封結構設計和密封材質不合理，存在密封失效導致雨水浸入的設計缺陷，當O 型軟木橡膠墊密封失效時，雨水浸入，通過導電管進入空腔，隨著導電頭部溫度升高，水分蒸發(fā)到將軍帽頂部，溫度下降后凝結在導電管頂部，這也就是導電管頂部存在少量積水的原因。

1.4 發(fā)熱原因分析

1）導電管外螺紋與將軍帽內螺紋間壓緊力分析：采用螺接結構導電的接觸面載流能力受螺紋間壓緊力影響較大，該套管導電管外螺紋與將軍帽內螺紋間的壓緊力主要由將軍帽及導線自身的較小重力和并緊螺母提供。安裝并緊螺母時，旋緊板手需卡在并緊螺母上，并緊螺母與將軍帽并緊后，將軍帽彈性板上的孔與軟木膠圈下端過渡板上的螺孔必須對準，在現(xiàn)場操作時，很難達到對準，往往需要回旋將軍帽使螺孔對準，這樣就失去了并緊螺母的并緊力作用。套管導電管螺紋與將軍帽內螺紋間的壓緊力僅由將軍帽及導線自身較小重力提供，造成將軍帽與導電管螺紋接觸不均勻，接觸面載流面積減小，載流能力嚴重下降，套管溫升增大。

2）載流面積分析：由于并緊螺母的存在，使得將軍帽與導電管之間的螺紋旋合長度減小10 mm，導電管和將軍帽的載流螺紋得不到充分利用，載流面積減小，載流能力下降，套管溫升增大。

3）積水的影響：水蒸氣在相對密封的環(huán)境下無法及時排出，在溫度的交替變換和電流的作用下進一步腐蝕將軍帽內部與導電管螺紋，增大了接觸電阻，進一步加劇了發(fā)熱。

2 將軍帽優(yōu)化改造方案

本著改造易操作，結構簡單，可靠性高，盡量減少停電改造時間，充分利用現(xiàn)有套管基礎結構條件，降低改造成本的原則，著力解決將軍帽密封問題，提高將軍帽與導電管螺紋旋接的夾緊力。根據上述原則和目標，可采取哈弗結構的將軍帽來實現(xiàn)，哈弗結構的將軍帽可通過螺栓將導電管與將軍帽夾緊，可在水平和垂直方向很好地固定將軍帽，不發(fā)生位移。針對目前套管將軍帽密封不良，將軍帽與導電管螺紋旋接的夾緊力不足的缺陷，采取哈弗結構的將軍帽方案進行現(xiàn)場改造。

2.1 將軍帽結構優(yōu)化

采取哈弗結構的將軍帽，如圖13 所示，在加工將軍帽內部螺紋之前，過中心點在將軍帽壁厚上加工2個寬3 mm長91 mm開口槽，在開口槽兩端打6個M8×35 的螺孔，并在開口槽根部進行圓化處理，避免開口槽根部應力過于集中。將軍帽旋入導電管到位之后，通過6顆M8×35的螺栓把將軍帽與導電管夾緊。

圖13 哈弗結構將軍帽Fig.13 Haval structure general cap

2.2 有效載流面積優(yōu)化

取消原套管頂部過渡板，并緊螺母結構，如圖14所示。將軍帽可旋入到更接近套管油枕頂部彈性板固定螺母的位置，如圖15 所示。將軍帽與導管的旋合長度較之前增加約100 mm，該處將軍帽直徑為70 mm，換算成載流面積，改進前，將軍帽與導管的旋合長度為134 mm，則其載流面積約為29 468 mm2，改進后載流面積約為51 459 mm2，增加載流面積約為21 991 mm2。按2 500 A 電流計算，改進后載流密度約為0.048 6 A/mm2，改進后有效載流面積得到大幅提高。

圖14 原結構將軍帽旋入深度示意Fig.14 Schematic diagram of the screw-in depth of the general cap of the original structure

圖15 改進后的將軍帽旋入深度示意Fig.15 Schematic diagram of the improved general cap screwing depth

2.3 密封結構優(yōu)化

取消套管頂部過渡板密封結構，采用防水罩代替，并在防水罩下部開槽（槽深1.3 mm），如圖16 所示，減小安裝完成后防水罩與套管頂部的縫隙，如圖17 所示，起到更好的防水作用，在槽內放置丁晴橡膠材質密封墊（φ113×φ125×6）。在防水罩上部加裝珠形氟膠圈與將軍帽的光滑圓柱面實現(xiàn)滑動密封，如圖18 所示，并在該密封圈上端加裝壓圈實現(xiàn)將軍帽與導電管載流螺紋接觸面全封閉，與外部環(huán)境空氣完全隔離，可避免環(huán)境空氣中的濕度和酸雨等對載流螺紋接觸面的腐蝕，可以長期保證螺紋載流接觸面的良好電接觸狀況。整體裝配如圖19所示。

圖16 套管頂部過渡板防水罩下部開槽Fig.16 Slotting on the bottom of the waterproof cover of the transition plate at the top of the casing

圖17 減小安裝完成后防水罩與套管頂部的縫隙Fig.17 Reduce the gap between the waterproof cover and the top of the casing after installation

圖19 整體裝配效果Fig.19 Overall assembly effect

2.4 改造方案的操作說明及關鍵工藝控制

依序拆下產品上的接線端子、均壓環(huán)，再拆除需更換的將軍帽、并緊螺母、過渡板、導電頭與過渡板的密封墊圈。用酒精對油枕蓋及密封槽端面等頭部零部件進行清潔、干燥。將軍帽哈弗線夾螺栓緊固的力矩要求為，從載流導管頂端旋入將軍帽，旋入深度大約為105 mm，從外部對此尺寸進行管控的數值為45 mm～50 mm，將軍帽旋到位后，用M8 內六角板手、力矩板手、M8內六角螺栓把將軍帽旋緊在載流導管上，M8螺栓緊固力矩28 N·m。將油枕蓋板上的矩形密封槽用酒精清洗干凈，密封平面應保持平整，壓圈放置于油枕蓋板及其密封膠圈上，用8個M10×35螺栓將其壓緊在油枕蓋板的密封膠圈上，M10 螺栓緊固力矩42 N·m。將珠形氟膠圈內圓表面均勻的涂覆一層變壓器油，然后將該膠圈套入在柱形將軍帽上；將限位墊圈套入柱形將軍帽上；將O 型膠圈表面均勻的涂覆一層變壓器油后，放入壓圈的密封槽內；然后再將壓圈連同O型膠圈一起，套入柱形將軍帽上。6 個M10×45 螺栓，將上述的墊圈連同壓圈一起，壓緊到珠形氟膠圈上，M10螺栓緊固力矩為42 N·m，恢復引線接線端子。

3 優(yōu)化改造方案評估

3.1 將軍帽與導電管螺紋旋接的夾緊力評估

為了驗證將軍帽與導電管螺紋旋接的夾緊力，采取最嚴格的考核方式，即露出導電管載流螺紋，導電管端部僅到將軍帽中部螺栓位置，緊固中間2顆螺栓，力矩28 N·m（8.8 級熱鍍鋅螺栓），其他螺栓不上。用0.7 m 杠桿檢測哈弗結構的夾緊力，80 kg 成人對杠桿施加全部壓力時將軍帽不會相對導電管發(fā)生轉動。該極端情況足以證明，在正常安裝方式下，即緊固4顆夾緊螺栓，該結構將軍帽完全可消除引線拉力、風載、換流變震動、導電管熱脹冷縮應力對哈弗結構夾緊力的影響，能有效保證將軍帽與導電管螺紋旋接的夾緊力，能夠耐受各種運行時的自然力對將軍帽傳導電流的影響，如圖20所示。

圖20 將軍帽與導電管螺紋旋接的夾緊力評估過程Fig.20 The evaluation process of the clamping force of the screw connection between the general cap and the conductive pipe

3.2 密封結構密封性能評估

為嚴格考核將軍帽密封結構的密封性能，將改進后的將軍帽安裝到套管上，內部充滿變壓油，套管放于浸油工藝烘箱內，加溫到75 ℃，加油壓0.24±0.01 MPa，該過程持續(xù)保持12 h，如圖21所示。觀察將軍帽是否有無滲漏現(xiàn)象，如果經過12 h的高溫高壓狀態(tài)，將軍帽沒有滲漏發(fā)生，則表明將軍帽滿足密封要求。

圖21 密封結構密封性能評估過程Fig.21 Sealing structure sealing performance evaluation process

4 結語

通過對換流變網側套管將軍帽滲水及發(fā)熱原因的深入研究，準確地分析出將軍帽滲水及發(fā)熱原因，并研究制定了現(xiàn)場可實施改造方案。該改造方案具有如下優(yōu)點：

1）不需改變原套管結構。充分利用原套管導電頭頂部結構，在原結構基礎上進行改造，具有投資少、工期短，適用范圍廣等特點。

2）新結構將軍帽能有效保證將軍帽與導電管螺紋旋接的夾緊力。新結構將軍帽采取哈弗結構，可通過螺栓夾緊的方式可靠保證將軍帽與導電管螺紋旋接的夾緊力，從而保證將軍帽在受到引流線應力和換流變震動等外部因素影響時，將軍帽在水平方向不位移，不傾斜，從而使得將軍帽內部螺紋與導電管連接緊密。

3）新結構將軍帽有效載流面積大幅提高。采取取消原套管頂部過渡板結構，使得將軍帽旋入深度增加約100 mm，提高了載流面積，降低了載流密度，能有效降低套管將軍帽溫升。

4）新結構將軍帽具有良好的密封性能。采用防水罩代替原套管頂部過渡板密封結構，在防水罩上部加裝珠形氟膠圈與將軍帽的光滑圓柱面實現(xiàn)滑動密封，并在該密封圈上端加裝壓圈實現(xiàn)將軍帽與導電管載流螺紋接觸面全封閉，與外界完全隔離，可避免環(huán)境空氣中的濕度和酸雨等對載流螺紋接觸面的腐蝕，可以長期保證螺紋載流接觸面的良好電接觸狀況。

借助年度檢修時機將換流站該型號套管將軍帽進行全部更換。自更換后，現(xiàn)場運行情況良好，滿負荷時溫度在25 ℃左右，未出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。該改造無需對套管結構進行改變，無需更換套管，按照單根套管20 萬元的價值估算，以該換流站為例可節(jié)約投資480萬元。因此，本改造可徹底解決該類型套管將軍帽滲水及發(fā)熱的問題，減少設備停運時間，對提高設備運行的可靠性、確保電網安全運行、保障社會穩(wěn)定具有重要意義。