油循环回路中散热器对特高压换流变压器有载调压开关保护继电器的影响分析

油 循环回路中散热器对特高压换流变压器有载调压开关保护继电器的影响分析谢 超 ，孙 勇 ，郝志杰（中国南方电网超高压输电公司广州局，广东 广州 510663）摘要 ：分析了一起特高压换流变压器有载调压开关保护继电器动作的原因 ，并提出了对真空有载调压开关油回路的改进策略 。关键词 ：换流变压器 ；真空有载调压开关 ；保护继电器中图分类号 ：献标识码 ：B 文章编号 ：10018425（2010）1200490410663, he of HV is of of is 言800广直流输电工程是世界上第一条特高压直流输电工程 ， 输送功率达 5 000其极 2低端阀组于 2009 年 6 月投入运行 。工程中大量的新技术和新设计均为首次应用 。其中 ，真空有载调压开关因具有绝缘强度高 、熄弧时间短等优点 ，也首次在换流变压器上使用 ， 为了满足真空有载调压开关的散热要求 ， 第一次在有载调压开关油循环回路中增加了散热器 。由于缺乏设计经验 ，造成了换流变的有载分接开关保护继电器的误动作 。 本文中笔者介绍了跳闸现象的分析过程 ，借鉴 司的试验结果 ，提出了对真空有载调压开关油循环的改进意见 ，对今后有载分接开关油路设计提供了参考 。2 基本情况2009 年 7 月 25 日 13 时 27 分 ， 极 2 低端阀组换流变 Y/Y B 相有载调压开关保护继电器动作 ，换流变退至冷备用状态 。现场检查发现极 2 低端 Y/Y B 相换流变有载调压开关保护继电器动作 ；分接开关无喷油等现象 ，现场一次设备外观未见明显异常 。同时对比测量了极 2 低端 Y/Y B 相换流变和极 2 低端 Y/Y C 相换流变的有载调压开关油样 ，对比未发现有明显异常 ，对比结果如表 1 所示 。根据油色谱数据基本可以排除有载分接开关内部出现故障的可能性 。为了进一步检查设备 ， 查找故障 ， 对极 2 低端表 1 油样对比结果 of 低端 Y/Y B 相有载调压开关油样极 2 低端 Y/Y C 2 05 7 卷 第 12 期2010 年 12 7 卷散热器滤油机分接开关储油柜呼吸器分接开关气体继电器分接开关储油柜图 2 of of B 相换流变有载调压开关进行了吊芯检查 ，未发现有放电痕迹 。 复装有载调压开关后测量了每一挡位的换流变直流电阻 ，均在正常值范围 。 同时 ，检查同为 Y/Y 接线方式的三台换流变 ，开关切换频率均一致 ，且不存在三相失步现象 。这样已基本可以确定有载调压开关内部不存在故障 。3 象分析由于确认了故障不在有载调压开关内部 ， 因此将检查的重点确定于有载调压开关的外部油回路 。有载调压开关采用的保护继电器为 ，故障发生后若有载分接开关和储油柜之间的油流速度超过规定值时 （ss），继电器即动作 。 因此 ，重点检查是否存在油流过速 。在对有载调压开关外部油回路检查中发现 ，从保护继电器到储油柜的管路坡度不符合规范 （要求25），由于法兰的加工工艺问题 ，该处形成了折角结构 ，如图 1 所示 。检查其他几台换流变没有发现管路存在这样的问题 。最初判断为该结构导致气体积存在折角处 ，当气泡累积足够大时突然通过折角 ， 可能冲动保护继电器挡板 ，导致动作 。基于上述分析和检查情况 ， 对保护继电器至有载分接开关储油柜间的油管进行了调整 ， 调整后油管满足仰角要求 ，并消除了折角结构 。 此外 ，考虑到油路高端油管也可能积存有气体无法排出 ， 对相关位置进行了排气操作 。然而手动启动有载分接开关滤油机后 ， 在关闭滤油机出口回油阀以检验滤油机相序是否正确过程中 ，发现保护继电器再次动作 ，而且滤油机关闭后 ，有载调压开关储油柜呼吸器有大量气泡冒出 。 结合考虑跳闸时有载调压开关保护继电器动作时间正好为滤油机停运时间 ， 因此判断滤油机停运时油流冲击是造成油流过速引起有载分接开关保护继电器动作的直接原因 。型分析由于真空有载调压开关电弧的熄灭均在真空泡中进行 ，变压器油只承担冷却和润滑的作用 ，在设计之初未安装滤油机和散热片等外部油回路 。 由于试验中发现调挡速度频繁会导致分接开关温升明显 ，为了满足业主方对频繁调挡的技术要求 （160 次 /小时 ，即三个完整循环 ），额外增加了散热器 ，而采用滤油机作为强油循环的动力源 。 而这一设计是厂家首次应用 ，无相应的设计论证 。为了确认散热片是否是造成滤油机停运时有载分接开关保护继电器动作的根本原因 ，司制作了有载调压开关外部油回路的模型 ，如图 2 所示 。模型在原有载调压开关外部油回路上增加了一个旁路回路 ， 用以对比分析带散热片运行和旁路散热片运行的区别 。试验发现 ，当带散热片运行时 ，滤油机停运保护继电器压力明显增大 ，并出现动作情况 ，而旁路散热片运行时 ，滤油器停运保护继电器压力较小 ，且不动作 。 试验记录结果如图 3 所示 。图 3 中 ，实线为带散热片运行试验曲线 ，虚线为旁路散热片运行试验曲线 。由油流对比曲线可见 ，在滤油机停运后 ，带散热片运行的油回路流量更大 。 由保护继电器处压力测量曲线可见 ，在滤油机停运后 ，带散热片运行的油回路压力较旁路散热片的油回路有明显的波动 。 由保护继电器动作结果可见 ，在对比试验中 ，带散热片运行的油回路在滤油机停运后约 1s 内动作 。由模型试验可以发现 ， 油回路中散热片是造成分接开关油室气体继电器积存的气泡分接开关储油柜图 1 of of 、孙 勇 、郝志杰：油循环回路中散热器对特高压换流变压器有载调压开关保护继电器的影响分析第 12 0 100 150 200 250 300 350节流后的油压值保护继电器动作值 s 下的油压值油压/ of of of 因机理分析由于保护继电器动作的原因就在新增加的冷却器上 ，因此对散热片进行试验发现 ，当压力增大时 ，散热片的容积将随压力的增加线性变化 ， 数据如图4 所示 。当滤油机起动时 ，油回路中压力将增加 ，在压力增加的情况下 ，散热片将出现形变 。 根据计算 ，形变的容积将达到 1L 左右 ，这 1L 的油则是由分接开关储油柜补充 。 当滤油机停运时 ，压力降低 ，冷却器散热片的形变恢复 ， 约 1L 的油又被迅速地压回分接开关油室 ， 然后通过保护继电器所在油管回流至分接开关储油柜 ， 由于这一过程为散热片形变的恢复产生压力造成 ，使油流速度和冲击都较大 ，引起了保护继电器动作 。4 解决方案司计划采取的解决方案为在滤油机内部增加一个节流阀 ， 将滤油机流量由目前的 65L/5L/根据 司在模型中的测量 ，该方案将使保护继电器处压力在滤油机停止时大幅降低 ，如图 5 所示 。图 5 中 ，实线为未加节流阀的试验数据 ，虚线为增加节流阀后试验数据 。由图 5 流量对比曲线可见 ，节流前流量为 65L/0L/流后流量为 35L/0L/由保护继电器处压力测量曲线可见 ，滤油机停运时 ，保护继电器处压力在节流后明显降低 ， 且压力变化曲线较平缓 。由保护继电器动作结果可见 ，节流后保护继电器未动作 。为了验证节流可靠性 ，连续进行了多次试验 ，记录如图 6 所示 。由图 6 可见 ，两种压力值都明显低于动作压力 ，806040200油流/L8 1920 21图 3 003 0002 5002 0001 5001 00050000 10 20 30 40 50 60 70 80 90100 110 120压力 /5L/量运行时 ，力下的形势图 4 of of 10 15 20滤油机起动时刻 滤油机停止时刻时间 /5L/0L/7 卷在滤油机内部增加节流阀的方案比较可靠 。同时 ，为了避免增加节流阀对冷却能力的影响 ，进行了增加节流阀的冷却能力变化试验 ， 计算方法如下 ：R=散热器冷却能力 ，P 为滤油机油泵功率 。 试验结果如图 7 所示 。对比不同节流流量冷却能力变化曲线发现 ，在节流至 35 L/况下 ，冷却能力下降约 3，在可接受范围内 。5 结束语真空有载调压开关目前为首次在换流变压器中应用 ，还缺少运行和设计经验 。此次有载调压开关外部油回路的设计缺陷就是由于没有散热片在有载调压开关油回路中使用经验所致 。通过分析 ，已基本可以解决该故障 。但模型试验为常温条件下进行 ，未进行工作油温下的滤油机停运时保护继电器压力测量 ，同时也未考虑当油质劣化 ，滤油机压力增加后停运时保护继电器的压力是否也会发生变化 ， 这些都需要进一步的研究 。参考文献 ：1 沈大中 ，有载分接开关在高压直流换流变压器中的运用 J2007，44（1）：5L/油流 /L of to 2009谢 超 （1979-），男 ，湖南衡阳人 ，中国南方电网超高压输电公司广州局工程师 ，从事高压直流输电系统运行维护工作 ；孙 勇 （1978-），男 ，重庆人 ，中国南方电网超高压输电公司广州局工程师 ，从事高压直流输电系统运行维护工作 ；郝志杰 （1979-），男 ，河北邢台人 ，中国南方电网超高压输电公司广州局工程师 ，从事高压直流输电系统运行维护工作 。!收稿日期 ：2010耿卫星 （1976-），男 ，山东济宁人 ，宁夏电力公司工程师 ，主要从事变电检修 、继电保护工作 ；刘春玲 （1980-），女 ，宁夏盐池人 ，宁夏电力公司助理工程师 ，主要从事变电检修 、高压试验工作 。（上接第 45 页 ）2 国家电力调度通信中心 . 电力系统继电保护典型故障分析 M. 北京 ：中国电力出版社 ，2000.3 贺家李 增订版 )M. 北京 ：中国电力出版社 ，2004.4 赵 杰 . 输电线路地线对注入变压器中性点直流电流的影响 J. 电网技术 ，2005,29(19）：605 朱艺颖 , 蒋卫平等 . 抑制变压器中性点直流电流的措施研究 J. 中国电机工程学报 ，2005, 25(13)：1750能变压器通过验收并正式出厂由中国西电集团西安变压器公司设计制造的 750能变压器通过验收 ，正式出厂 。延安 750能变电站是国家电网公司智能电网试点