國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司 廖 軍 劉之奎 蔣欣峰 李 騰 豐 景

昌吉—古泉±1100kV特高壓直流輸電工程是世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓輸電工程，昌吉至古泉工程從電壓等級(jí)±800kV上升至±1100kV，輸送容量從640萬(wàn)千瓦上升至1200萬(wàn)千瓦，經(jīng)濟(jì)輸電距離提升至3000km至5000km，是國(guó)家電網(wǎng)在特高壓輸電領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新的重要里程碑，刷新了世界電網(wǎng)技術(shù)的新高度，開(kāi)啟了特高壓輸電技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元，對(duì)于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有重大的示范作用。本文將以該換流站為例，詳盡地闡述±1100kV換流站有載分接開(kāi)關(guān)檢測(cè)方法，以此為鑒。

古泉換流站，是疆電東送昌吉—古泉直流輸電工程的落點(diǎn)換流變電站，將直流電轉(zhuǎn)化成交流電接入華東電網(wǎng)，最終向華東電網(wǎng)源源不斷輸送電能，實(shí)現(xiàn)了3000多公里高壓電力輸送的首個(gè)試驗(yàn)示范工程。換流變壓器是直流輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，據(jù)統(tǒng)計(jì)，大型電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)故障導(dǎo)致的變壓器事故占變壓器事故的8～10%，國(guó)家電網(wǎng)公司將變壓器有載分接開(kāi)關(guān)事故列入了防止重大事故電力設(shè)備事故的內(nèi)容之一；有載分接開(kāi)關(guān)是電力變壓器的一個(gè)重要組成部件，但經(jīng)過(guò)常年運(yùn)行，有載分接開(kāi)關(guān)缺陷、故障時(shí)有發(fā)生，輕則影響電壓合格率和變壓器可用率。重則可能造成主變故障被迫停運(yùn)，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以有必要對(duì)換流變有載分接開(kāi)關(guān)的運(yùn)行檢修情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查，加強(qiáng)技術(shù)管理工作，以有效指導(dǎo)變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的運(yùn)行維護(hù)檢修工作。

1 典型的有載分接開(kāi)關(guān)故障

換流站換流變有載分接開(kāi)關(guān)由切換開(kāi)關(guān)、選擇器和電動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)的逐級(jí)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸配電電網(wǎng)的有載調(diào)壓，減少和避免電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)，保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。有載分接開(kāi)關(guān)故障最初一般都為機(jī)械故障，比如儲(chǔ)能彈簧、軸承、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這些機(jī)械故障可能僅對(duì)變壓器的運(yùn)行操作造成損傷，或退化為電氣或絕緣性能（油品質(zhì)量）的問(wèn)題，這不僅會(huì)損壞有載分接開(kāi)關(guān)，而且會(huì)損壞變壓器繞組，從而造成不可挽回的損失。

典型的有載分接開(kāi)關(guān)故障包括三類：其一，機(jī)械故障：切換開(kāi)關(guān)和選擇開(kāi)關(guān)等部件的動(dòng)作順序和時(shí)間配合，切換過(guò)程是否存在卡塞、潤(rùn)滑不好、觸頭切換不到位、觸頭磨損、接觸不良、傳動(dòng)軸斷裂、拒動(dòng)或滑檔、內(nèi)部緊固件松動(dòng)或脫落；其二，電氣故障：觸頭接觸電阻性能（電阻增大，觸頭過(guò)熱甚至燒損）電?。黄淙?，絕緣故障：分接開(kāi)關(guān)油室里的絕緣油會(huì)因頻繁開(kāi)關(guān)變換所引起電弧而產(chǎn)生的游離碳和各種固體顆粒而污染;油吸收水分會(huì)造成耐壓降低和開(kāi)關(guān)接觸性能下降，油中污染進(jìn)一步增加，形成惡性循環(huán)。

2 換流站換流變有載分接開(kāi)關(guān)振動(dòng)檢測(cè)方法

2.1 有載分接開(kāi)關(guān)振動(dòng)聲學(xué)測(cè)試方法

任何有載分接開(kāi)關(guān)的每個(gè)操作都會(huì)產(chǎn)生特定的振動(dòng)-聲波模式；利用振動(dòng)聲學(xué)傳感器（加速度計(jì)），我們可以高速記錄這個(gè)信號(hào)；穩(wěn)定的有載分接開(kāi)關(guān)總是表現(xiàn)出一致的振動(dòng)波形特征；有故障或缺陷的有載分接開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)波形特征的變化。振動(dòng)聲學(xué)的測(cè)試方法適用于所有型號(hào)有載分接開(kāi)關(guān)，可用于在線或離線測(cè)試，再結(jié)合振動(dòng)聲學(xué)波形和電流，可以檢測(cè)出有載分接開(kāi)關(guān)的大部分潛在問(wèn)題；基于檢測(cè)的數(shù)據(jù)能更好理解并掌握有載分接開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期設(shè)備缺陷。

2.2 檢測(cè)解決的問(wèn)題

第一，幫助運(yùn)維人員決定哪些有載分接開(kāi)關(guān)需要優(yōu)先維護(hù)；第二，提升維護(hù)前后的有載分接開(kāi)關(guān)測(cè)試過(guò)程中的質(zhì)量管控；第三，在年復(fù)一年的測(cè)試中，根據(jù)歷年測(cè)試的曲線圖，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的趨勢(shì)分析變得容易；設(shè)備的維護(hù)不再單純依賴定期維護(hù)，在定期報(bào)廢的設(shè)備中80%其實(shí)是可以繼續(xù)使用；第四，減少變壓器、換流變故障發(fā)生率。有載分接開(kāi)關(guān)振動(dòng)聲學(xué)故障診斷原理就是任何有載分接開(kāi)關(guān)（有載分接開(kāi)關(guān)）的每個(gè)操作都會(huì)產(chǎn)生特定的振動(dòng)-聲波模式；利用振動(dòng)聲學(xué)傳感器（加速度計(jì)），我們可以高速記錄這個(gè)信號(hào)；穩(wěn)定的有載分接開(kāi)關(guān)有載分接開(kāi)關(guān)總是表現(xiàn)出一致的振動(dòng)波形特征；有故障或缺陷的有載分接開(kāi)關(guān)有載分接開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)波形特征的變化。

2.3 檢測(cè)依據(jù)

Q/GDW335-2009《±800kV直流換流站檢修管理規(guī)范》；Q/GDW299-2009《±800kV特高壓直流設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》；國(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)行分公司《特高壓直流換流站設(shè)備檢修、例行試驗(yàn)工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ISBN：9787512360938；出版時(shí)間：2014-06-01）；根據(jù)IEEE和CIGRE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，變壓器維護(hù)導(dǎo)則明確的檢測(cè)手段中，振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)被權(quán)威認(rèn)可是有效檢測(cè)有載分接開(kāi)關(guān)的可靠技術(shù)，結(jié)合振動(dòng)傳感器、電流傳感器、DRM過(guò)渡電阻等多技術(shù)手段，對(duì)變壓器有載分接開(kāi)關(guān)在運(yùn)行或停電情況下進(jìn)行綜合全面的非侵入式安全測(cè)量。根據(jù)國(guó)內(nèi)主流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)廠家（ABB、Ferranti、Federal Pioneer、MR、上海華明）的產(chǎn)品特性建立全類型特征圖譜庫(kù)和典型故障圖庫(kù)，能現(xiàn)場(chǎng)一鍵式導(dǎo)出測(cè)試報(bào)告，深度數(shù)據(jù)分析；對(duì)設(shè)備故障診斷、趨勢(shì)分析及壽命提供有效評(píng)估。

3 檢測(cè)內(nèi)容

3.1 換流變有載分接開(kāi)關(guān)電機(jī)電流檢測(cè)

在針對(duì)換流變有載分接開(kāi)關(guān)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試可以獲取相應(yīng)的電流曲線參數(shù)。和常見(jiàn)的工作電流曲線進(jìn)行比較。該部分作為變壓器中可以進(jìn)行機(jī)械動(dòng)作的部件，其系列操作中含有一系列的動(dòng)作事件。在這些事件中，無(wú)論是觸頭碰撞或者摩擦，都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)。可以借助體外傳感的方式對(duì)振動(dòng)信號(hào)加以測(cè)試。同時(shí)，如果有載分接開(kāi)關(guān)存在隱患，其觸頭動(dòng)作引發(fā)的有載開(kāi)關(guān)表面振動(dòng)信號(hào)也會(huì)和正常狀態(tài)下的信號(hào)存在一定的差別。鑒于此，可以通過(guò)對(duì)上述動(dòng)作流程的振動(dòng)波形記錄并將其和正常信號(hào)加以對(duì)比，可以充分顯示有載分接開(kāi)關(guān)的實(shí)際運(yùn)行情況。

在這對(duì)聲學(xué)振動(dòng)有載開(kāi)關(guān)分接故障進(jìn)行診斷的過(guò)程中，需要以下步驟：首先，需要對(duì)相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和分接開(kāi)關(guān)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行提??；其次，對(duì)信號(hào)模式進(jìn)行分析和識(shí)別；最后可以對(duì)分接開(kāi)關(guān)的工作情況進(jìn)行分析。通過(guò)上述步驟，可以針對(duì)有載分接開(kāi)關(guān)故障進(jìn)行診斷。

3.2 換流變有載分接聲學(xué)振動(dòng)檢測(cè)

聲學(xué)振動(dòng)傳感器的安裝及換流變及有載分接開(kāi)關(guān)照片及加速度計(jì)電流鉗安裝位置如圖。有載分接開(kāi)關(guān)的一次調(diào)壓是由選擇開(kāi)關(guān)、切換開(kāi)關(guān)等幾個(gè)動(dòng)作完成的，各個(gè)動(dòng)作過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生脈沖激勵(lì)而表現(xiàn)出相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)，因此在時(shí)域分析中，各個(gè)動(dòng)作之間的時(shí)間間隔是反映有載分接開(kāi)關(guān)狀態(tài)的一個(gè)重要的參考量。

第一，試驗(yàn)需要在換流站有載分接開(kāi)關(guān)上進(jìn)行，有載分接開(kāi)關(guān)最好斷電，會(huì)記錄一個(gè)完整的分接頭切換（升、降）過(guò)程中的振動(dòng)聲學(xué)信號(hào)，獲取到一個(gè)典型的參考信號(hào)。第二，有了這個(gè)重要的振動(dòng)聲學(xué)參考信號(hào)，可以驗(yàn)證以下兩點(diǎn)：根據(jù)制造商的技術(shù)規(guī)格正確運(yùn)行有載分接開(kāi)關(guān)（電機(jī)電流和沖擊時(shí)間）、分析后續(xù)檢測(cè)記錄。第三，用于測(cè)試的有載分接開(kāi)關(guān)（有載分接開(kāi)關(guān)）可以用于全程（升、降）過(guò)程的操作。第四，確保有載分接開(kāi)關(guān)可以通電并可以全程（升、降）過(guò)程的操作。第五，在高電壓等級(jí)的換流變有載分接開(kāi)關(guān)，確?？梢赃M(jìn)行全程（升、降）過(guò)程的操作。換流變便于安裝加速度傳感器。

通過(guò)檢查換流變?nèi)嚅g測(cè)試圖譜的比較，形態(tài)及時(shí)序相近；各振幅相似，表明操作機(jī)構(gòu)及觸頭整體狀況，提出缺陷評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。與時(shí)域特征相對(duì)應(yīng)，振動(dòng)信號(hào)的頻域特征也是故障診斷一個(gè)重要的參考特征。信號(hào)的頻域特征一般由頻譜圖來(lái)表示，根據(jù)頻譜圖中的頻率成分以及各有關(guān)頻率成分處的幅值大小可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行故障診斷，通過(guò)開(kāi)關(guān)振動(dòng)的頻譜圖，可以看出開(kāi)關(guān)振動(dòng)的頻率成分多少千赫茲的范圍。

3.3 換流變有載分接開(kāi)關(guān)過(guò)渡電阻檢測(cè)

通過(guò)測(cè)試過(guò)渡電阻（DRM）的測(cè)量檢測(cè)到缺陷，根據(jù)CIGRE A2.34導(dǎo)則，過(guò)渡電阻測(cè)試（DRM）通過(guò)離線診斷，可以發(fā)現(xiàn)切換開(kāi)關(guān)或選擇開(kāi)關(guān)的故障：轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通過(guò)切換波形和切換程序可以看出過(guò)渡電阻接入回路中會(huì)產(chǎn)生電流（電壓）的變化，過(guò)渡電阻接通電路的電流（電壓）變化的時(shí)序可判斷出其動(dòng)作時(shí)序。由于沒(méi)有必要設(shè)置載分接開(kāi)關(guān)吊芯，所以在實(shí)際應(yīng)用中，市場(chǎng)上的有載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置還是起到了相當(dāng)大的作用，如果過(guò)渡電阻斷、過(guò)渡觸頭與過(guò)渡電阻連接不好、過(guò)渡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等，都可以通過(guò)分接開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置的波形測(cè)試反應(yīng)出來(lái)，為防止故障的擴(kuò)大發(fā)揮積極作用。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，變壓器的故障有40%～50%來(lái)自于有載分接開(kāi)關(guān)（有載分接開(kāi)關(guān)），是機(jī)械故障的根源，而機(jī)械故障會(huì)進(jìn)一步造成電弧、過(guò)熱、油品質(zhì)量等進(jìn)一步問(wèn)題。有載分接開(kāi)關(guān)故障最初一般都為機(jī)械故障，比如儲(chǔ)能彈簧、軸承、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這些機(jī)械故障可能僅對(duì)變壓器的運(yùn)行操作造成損傷，或退化為電氣或絕緣性能（油品質(zhì)量）的問(wèn)題，這不僅會(huì)損壞有載分接開(kāi)關(guān)，而且會(huì)損壞電壓器繞組，從而造成不可挽回的損失。根據(jù)國(guó)網(wǎng)設(shè)備部關(guān)于新設(shè)備、新技術(shù)、新裝備試點(diǎn)應(yīng)用的要求，對(duì)500kV及以上變壓器有載分接開(kāi)關(guān)開(kāi)展故障檢測(cè)能有效避免這類故障的發(fā)生，保證變電站主設(shè)備的安全運(yùn)行。