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特高压换流变压器网侧高压套管胶浸纸技术应用研究

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：段立果孔庆石

[导读] 摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，国内广泛应用的换流变压器网侧油浸纸（OIP）型套管多次发生漏油产气故障，一旦套管出现故障，对换流变及系统运行危害巨大，而胶浸纸（RIP）型套管不存在漏油、产气的问题，相对而言安全性能更优。

        (山东网源电力工程有限公司山东济南 250000)
        摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，国内广泛应用的换流变压器网侧油浸纸（OIP）型套管多次发生漏油产气故障，一旦套管出现故障，对换流变及系统运行危害巨大，而胶浸纸（RIP）型套管不存在漏油、产气的问题，相对而言安全性能更优。基于此，考虑研究特高压换流变压器网侧胶浸纸高压套管技术。首先根据特高压换流站网侧运行技术条件，经电场分析计算、主绝缘分析计算确定了换流变压器550kVRIP网侧套管技术参数。另外，研发过程中充分考虑现有套管的故障情况，采用多种底部连接方式，试制时克服电容绕制、环氧树脂浸渍等多重困难，采用新工艺。依据此技术参数研发的RIP套管油中绝缘长度增长约200mm，增强了油中耐闪络放电能力，提升了套管轴向绝缘裕度；套管油中绝缘厚度增加了约15%，提升了局部放电起始电压和电容心子径向绝缘裕度。该型套管一次通过全部型式试验项目，并完成升高座处电场强度第三方校核，具备安全挂网运行条件。该产品已于2019年6月24号在天山换流站投入实际运行，各项运行指标正常。
        关键词：换流变压器；套管技术参数；网侧胶浸纸套管；套管研制；技术升级
        引言
        高压套管主绝缘电容套管芯子目前有两种结构形式,一种是油浸纸电容套管芯,另一种是胶粘纸电容套管芯。两种结构在生产实践中积累了很多经验,广泛地使用在变压器、油断路器和电站套管等电力设备上。由于这两种结构工艺性能不同,各有其优缺点。在IEC60137-1995高压套管技术条件中除上述两种结构外,还有胶浸纸电容套管芯子结构形式。胶浸纸电容套管芯在国内研究不多,相关资料报道得也很少。根据其结构形式,它是应用VPI(真空压力浸胶Vacu-umizepressureimmerse)技术来制造的,这种结构具备了油浸纸和胶粘纸电容套管芯的优点,同时避免了油浸纸和胶粘纸两种套管芯的缺点,因此,胶浸纸电容套管芯值得开发和研究。
        1环氧胶浸纸电容套管的结构特点
        英国某公司生产的并于1997年起在广州抽水蓄能电站(以下简称广州电站)、天荒坪抽水蓄能电站(以下简称天荒坪电站)和大朝山水电站等电站用作500kV升压变压器的ERIP环氧胶浸纸电容高压套管,选用型号为500HC,在广州和大朝山选用的是525kV/2000A,在天荒坪电站选用的是525kV/1250A,均为与GIS联结的油/SF6环氧胶浸纸电容套管。这种电容套管采用干态皱纹纸绕制套管的电容芯,在层间夹有铝箔纸组成的25个电容屏,在真空干燥下整体进行环氧树脂浸渍、固化,车削成型,表面涂釉,中间装上安装法兰。套管电容芯最外层末屏用小套管引出,在运行中接地,最内层与套管的导电铜杆相连。这种环氧胶浸纸电容套管结构简单,使用安全,运行中不需每年对其进行预防性试验。为确保这种新型套管的运行安全,广州电站和天荒坪电站还是进行每年的预防性试验。现分别统计了已投运的英国某公司制造的500kV环氧胶浸纸电容套管在广州电站、天荒坪电站以及大朝山水电站的测试情况。
        2 特高压换流变压器网侧高压套管胶浸纸技术应用
        2.1型式试验验证情况
        该次套管研制完成了IEC60137—2017规定的全部型式试验项目[25]，结果合格，包括：①工频干耐受电压试验；②长时间工频耐受电压试验(ACLD)；③雷电冲击干耐受电压试验；④操作冲击干耐受电压试验；⑤操作冲击湿耐受电压试验；⑥热稳定试验；⑦无线电干扰试验(EMC)；⑧温升试验；⑨热短时电流耐受试验；⑩热短时电流耐受试验计算；⑪悬臂负荷耐受试验；⑫充混合物套管的密封试验；⑬尺寸检查。

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1）雷电冲击干耐受试验该次套管逐次经受：①15次正极性全波雷电冲击；②1次负极性全波雷电冲击；③5次负极性截波雷电冲击；④14次负极性全波雷电冲击。截波装置的放电时间在2ms到6ms间。其峰值电压应为全波值的115%。试验结果套管未见击穿和闪络，满足标准要求。2）温升试验套管垂直安装于试验油箱，温升试验热偶布置，试验油箱内变压器油温达90℃±2℃，空气侧温度达50℃±2℃，试验环境温度12.4℃，试验施加交流电流3150A，试验结果套管最高点温度为107.7℃，满足标准要求。
        2.2　吸水率
        由于胶浸纸电容套管芯采用VPI真空压力浸胶技术,使吸水率小于0.02%,能做到制品无气隙,不易受潮,保证了电性能。曾做过这样的试验,用该材料制成管O63.5mm,壁厚W=7.9mm,充入0.18MPa的氩气,然后再充入压缩空气使压力升到0.72MPa,用卤素气体漏泄探测器来仔细检查管子是否有穿过绝缘的氩气痕迹,试验持续40天均未发现漏气的痕迹。而胶粘纸电容套管芯吸水率平均值达到2%左右,它的介电强度和机械性能都因吸潮而降低,因此胶浸纸电容套管芯则具有电气性能和机械性能较高的优点。
        2.3起吊及安装过程
        套管现场起吊的人员较多，需安排专人指挥，统一协调人工气候室内外人员作业。1)套管完成配重后，由吊车A缓缓将套管提升，吊车B的吊绳保持松弛，不受力，通过套管两端的缆风绳调整套管的水平角度，使套管缓慢向套管预留孔移动;2)人工气候室套管检修平台上安排专人观察套管是否与套管预留孔对准，并指挥套管缓慢穿过预留孔;3)当套管法兰盘贴近套管安装板时，套管法兰与安装板下沿相互接触，导致套管的重心发生变化，偏向于气候室外，套管向气候室外侧倾斜，此时，吊车B缓慢提升套管端部，使套管慢慢恢复水平位置;4)用2个10t链条葫芦分别悬挂在套管法兰肋条的不同部位与套管安装辅助钢梁之间，改变链条长度，使套管旋转，将套管法兰盘的螺栓孔与安装板螺栓孔对孔，及时对穿螺栓;5)气候室内高空作业车将人员升至套管下方，协助套管检修平台上的人员紧固螺栓。
        2.4绝缘材料质量控制
        皱纹纸的纤维配比、定量密度、厚度、抗张强度、伸长率、介损、击穿场强等技术指标是皱纹纸的重要参数，影响环氧胶的浸渗性和最终电容芯体的尺寸和电气、机械性能。铝箔作为电容极板需要控制其材料材质成分、厚度、均匀度、清洁度、致密性、卷绕性能等技术指标；铝箔电极的极板边缘电场最密集，影响套管局放性能，因而需严格控制铝箔切割工艺或铝箔折边工艺过程，确保铝箔表面平整无褶皱，无尖角、毛刺等。
        结语
        1)根据特高压换流站网侧运行技术条件，经电场分析计算、主绝缘分析计算确定的换流变压器550kVRIP网侧套管，技术参数达到并优于国标及IEC标准要求，其中工频耐受电压(60s)达870kV，工频耐受电压(60min)达635kV。2)该次研发的RIP套管油中绝缘长度增长约200mm，增强了油中耐闪络放电能力，提升了套管轴向绝缘裕度；套管油中绝缘厚度增加了约15%，提升了局部放电起始电压和电容心子径向绝缘裕度。3)该次研发的RIP套管充分考虑现有套管的故障情况，采用多种底部连接方式，试制时克服电容绕制、环氧树脂浸渍等多重困难，一次成功并顺利通过全部型式试验项目，并完成第三方电场强度升高座处校核，具备安全挂网运行条件，该产品已于2019年6月24号在天山投入实际运行，各项运行指标正常。4)该次技术研究有效实现了国内特高压换流变压器网侧高压套管的技术升级。
        参考文献：
        [1]刘振亚.特高压交直流电网[M]．北京：中国电力出版社，2013：18⁃20．
        [2]刘振亚.特高压直流电气设备[M]．北京：中国电力出版社，2009．