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换流变压器阀侧套管充气及压力检测装置的研制

来源:作者:发表时间:2019-07-10

 摘 要: 由于灵州换流站 ABB 供货的换流变压器阀侧套管没有可观测的密度表计、没有专用的补气口,密度继电器的校验、SF6 气体湿度和分解物检测、套管实际压力检查需将密度继电器从套管上拆除,容易造成密度继电器连接处密封圈损坏,直流套管漏气,影响直流系统的安全稳定运行,针对此问题研制了换流变压器阀侧套管气体充气及压力检测装置,旨在解决站内换流变压器阀侧套管实际压力监测及补气困难的现状。

 
在高压直流输电中,换流变压器( 以下简称换流变) 作为直流输电系统中的关键设备,承担着将送端交流系统的电功率送到整流器,或从逆变器接受电功率送到受端交流系统的作用[1]。换流变在工作原理和结构等方面与一般变压器类似,最主要的差别是阀侧套管同时承受直流电压和交流电压。换流变阀侧套管作为换流变的外部连接装置,一侧插入换流变压器油中,作为换流变压器的重要组成部分; 一侧与换流器阀桥相连,作为换流变与换流阀之前的连接装置[2 - 3]。近年来,随着国内直流特高压工程的增加,换流变阀侧套管的运行数量也在逐年增多,研制换流变阀侧套管充气及压力检测装置则变得非常重要。
 
1 问题提出
 
ABB 供货的换流变阀侧套管无直接观测的密度表计,检修期间,给阀侧套管注气,SF6 气体分解物检测,套管补气,密度继电器校验等工作带来不便。
( 1) 在阀侧套管进行 SF6 气体补气的过程中无法实时、直观地掌握套管内 SF6 气体压力值,只能通过测量直流套管一级报警接点( 310 kPa) 、二级报警( 330 kPa) 接点、跳闸( 310 kPa) 接点的通断来判断套管压力的大致范围,在补气过程中需要多人配合,影响补气的工作效率并且无法准确判断套管内的气体压力[4]。
( 2) 阀侧套管 SF6 气体中湿度含量过高或换流变运行时套管内部放电会使 SF6 气体产生分解物,当分解物、湿度含量过高时会影响设备的正常运行甚至跳闸,因此需要定期对套管分解物及湿度含量进行检测。年度检修期间,需要开展阀侧套管 SF6 气体湿度、分解物和纯度测试、密度继电器的校验和实际压力检查等检修项目,由于没有专门的气体检测阀门,需要将密度继电器多次从套管上拆除,容易造成密度继电器连接处密封圈损坏,出现漏气的风险[5]。
 
2 阀侧套管充气及压力检测装置的
研制
 
为了解决阀侧套管密度继电器校验、实际压力检查和 SF6 气体化学检测频繁拆除密度继电器的问题,需要设计套管充气及压力检测装置,装置实现套管实际压力检查需要压力表 1 块、气动快速连接头 2 个、球阀 2 个。
 
2. 1 压力表的选择
灵州换流站换流变阀侧 a 套管和 b 套管各配置了 2 个 SF6 气体压力继电器,额定压力为 370 kPa,当压力为 350 kPa 时,I 段报警; 当压力为 330 kPa时,II 段报警; 当压力为 310 kPa 时,发跳闸信号;套管承受极限压力为 800 kPa[6],从而,确定套管充气 及 压 力 检 测 装 置 的 压 力 表 量 程 要 大 于800 kPa。
 
2. 2 连接阀门的选择
为了在阀侧套管 SF6 气体湿度、分解物测试、密度继电器的校验和实际压力检查期间不需要多次拆除密度继电器,需要利用阀门的打开与关断,实现此功能,且由于球阀旋转 90° 实现快速启闭和其可靠密封性,故装置的连接阀门采用球阀。
 
2. 3 连接接头的选择
由于气动快速连接头适用于气压管路快速连接的接头,且装卸方便,性能可靠,故套管充气及压力检测装置用于连接阀侧套管本体和气瓶,试验仪器的接头选用气动快速连接头。
 
2. 4 装置结构图设计
通过查找说明书和工程设计图纸,确定阀侧套管密度继电器的接头尺寸、螺距和密封圈的大小,从而确认换流变充气压力检测工具的各个连接部件的连接尺寸。
 
利用 CAD 绘图软件,按照所需功能设计出换流变阀侧套管充气及压力检测工具的各部件,并通过适当的尺寸连接。
装置设计 
图 1 中,检 测 装 置 主 要 由 真 空 压 力 表 ( 1 ~900 kPa) 、过渡接头、DN20 导气钢管、DN20 球阀、气动快速连接头( 与 DN20 配合使用) 、密封垫圈、焊接螺母组成。其中 1 个气动快速连接头连接阀侧套管充气法兰,另外 1 个气动快速连接头连接SF6 气体钢瓶。在进行补气的过程中真空压力表
可实时显示套管压力,实现阀侧套管的压力监测。当需要对密度继电器进行校验时,将需要校验的密度继电器连接至其中 1 个气动快速连接头,将气瓶接于另外 1 个气动快速连接头对该检测装置充气,同时实时观察真空压力表的压力值,通过判断密度继电器能否对特定压力值正确报警动作来完成对继电器的校验。需对阀侧套管 SF6 气体湿度、分解物进行检测时,只需将 SF6 气体检测装置接至气动快速连接头,即可对套管内气体成份进行检测。
 
3 使用效果
 
( 1) 阀侧套管充气及压力检测装置连接至套
管本体上,同时装置上还装有气体压力表,注气期间通过该表计能够实时、直观地了解套管内部气体压力,可以准确地将套管注气至合适的压力范围内[6]。
( 2) 在阀侧套管 SF6 进行湿度、分解物测试时,通过使用阀侧套管充气及压力检测装置不仅能提高现场检修效率,而且避免了密度继电器由于被多次拆除造成密封圈损坏,从而致使设备漏气的风险[7]。
( 3) 阀侧套管充气及压力检测装置上配备冗余的阀门及接头,可用于阀侧套管实际压力检测。ABB 提供的阀侧套管没有实际压力表,通过 4 ~20 mA 的模拟量传送至后台显示压力,一旦出现压力低信号后,则可以使用阀侧套管充气及压力检测装置对套管的实际压力检查[8],从而确定故障原因。
 
4 结 论
 
( 1) 本装置解决了换流变压器阀侧套管没有可观测的密度表计、不能直接读取阀侧套管气体压力的问题,首次实现阀侧套管的实际压力检测,同时避免频繁拆除密度继电器造成连接处密封圈损坏,提高了设备的可靠性。
( 2) 本装置在对套管压力检测的同时可以开展 SF6 气体湿度、分解物、纯度测试和密度继电器的校验等检修项目,为换流站设备的运维检修工作提供了新思路,为现场工作提供了便利。
( 3) 气密性良好、测量精确是本装置的关键点。通过严格选材,合理控制装置各部件制造设计参数,采用高水平的接头连接工艺,选用高精度真空 压 力 表 使 装 置 的 准 确 性 及 气 密 性 有 所保障。
 
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