盖海龙，盛 祯，张海杰，孙佑飞，李厚芝

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

换流变压器是特、超高压直流输电系统中重要的设备之一［1-2］，与供电系统的安全稳定有密切关系。换流变压器阀侧套管TA 是指安装在换流变阀侧出线套管升高座处的电流互感器，它将阀侧出线高压电流变换成电压较低的小电流，供给测量、计量、保护、监测之用，其正常与否关系特高压换流变压器的安全稳定运行。目前，国内关于特高压换流变压器阀侧套管TA 故障诊断、检修的案例及论述相对匮乏。针对两起具体的阀侧套管TA 故障，提出了灵活实用的检修策略和方法，为后续此类故障的解决提供参考。

1 案例一

1.1 故障情况

2016 年3 月26 日，进行±660 kV JD 换流站极Ⅰ01B 换流变压器保护检验工作时，对换流变压器各TA 二次回路进行绝缘测试［2］，在测试过程中发现极Ⅰ换流变压器B 相阀侧首端TA 二次回路S1-S3对地绝缘为0 MΩ，经逐段测试发现TA 端子箱到B相汇控端子箱段电缆对地绝缘为0 MΩ。2016 年11月至12 月，对换流变压器放油后拆开TA 接线板，查找故障点。通过分析判断，该变压器内部TA 二次引线S1-S3 处存在绝缘破损。

1.2 故障查找

首先对该换流变压器器身及有载分接开关进行排油，排油同时，从器身上部网变压器内部注入干燥空气。当本体油箱内排油至阀侧b 套管升高座以下时停止排油［3］。换流变压器放油位置如图1 所示。

图1 换流变压器放油位置

拆除TA 接线板，通过TA 接线板法兰孔，检查TA 二次接线外观情况，如图2 所示。因TA 接线板法兰面积受限，无法对TA 内部引线情况进行全方位检查。随后，借助工业内窥镜对绕组内从接线板内侧逐一检查每段位引线绝缘情况，在检查中发现，发现该TA 二次引线某处与TA 定位螺杆的螺丝刀锋接触处有破损，如图3 所示。

图2 拆除TA 接线板

图3 引线绝缘破损

1.3 原因分析

借助现场TA 试验、故障点查找及确认，确定该TA 二次引线绝缘故障原因为：1）TA 二次引线未良好固定，在变压器内部处于松弛弧垂状态，破损处靠在TA 定位螺杆的螺丝上；2）TA 定位螺杆的螺丝边缘有锋利，未进行钝化处理；3）变压器运行期间各部件持续振动，导致TA 定位螺杆的螺丝锋利边缘对TA 二次引线不断切割磨损，TA 二次引线绝缘线皮破损，导致螺丝与引线金属线芯直接接触，TA 二次对地绝缘电阻为0 MΩ。

1.4 故障处理

解开TA 接线板内侧的接线端子，将特制绝缘护套从破损引线的引线头处套入，直至覆盖破损点。根据阀侧套管TA 内部结构，制作专用TA 引线固定工具，用绝缘带将TA 接线板内部绕组引出线绑扎牢固，防止变压器运行振动导致TA 二次引线再次磨损，造成TA 绝缘损坏，如图4 所示。

图4 阀侧TA 引线固定

2 案例二

2.1 故障情况

2017 年12 月22 日，GG 换流站进行极Ⅰ高端换流器大功率试验（2 500 MW）期间，现场查看波形发现极Ⅰ高端Y／Y 换流变压器阀侧首端TA 电流三相不平衡，A 相电流有效值较B 相、C 相电流小约300 A（正常相为约5 000 A），且首端5 个绕组均存在同样问题，尾端TA 电流正常，保护无异常信号。进一步检查、试验发现，套管根部金属屏蔽与固定TA线圈金属板存在搭接，现场将金属板内径扩大7 mm。复装套管、TA 后，变比试验数据合格。

2.2 初步试验及分析

2018 年2 月2 日，检查二次电流回路接地是否异常引起电流分流，检查结果未发现异常；通过红外测试阀侧套管升高座（阀厅内外）进行温度测量，未发现异常；结合现场停电时间，进行套管TA 误差试验，检查套管侧TA 二次回路小TA 误差特性一致性；不平衡电流远小于差动保护整定值，不会引起差动保护误动作。

2018 年2 月8—9 日及5 月5 日，使用OMICRON TA 分析仪对换流变压器一次设备进行试验，由于设备精度或者试验接线等原因未确认TA 异常原因；使用继电保护试验仪从TA 接线盒处对二次线圈施加电流，从保护、控制、故录屏上分别测量比差均无问题，对二次线圈摇绝缘，绝缘良好，排除了TA 因二次绝缘不良导致分流的原因。

图5 换流变压器阀侧首端套管TA 接线

分析前期检查结果，研究试验方法，2018 年9 月28 日采用OMICRON CPC100 分析仪，对极Ⅰ高端Y／Y A 相阀侧首端套管TA 变比试验。其中，套管二次接线盒预留有试验用M 端子，M 端子为单点接地，接地点在套管升高座内部，如图5 所示。

现场采用M 试验端子加50 A、100 A、200 A、300 A 瞬时交流电流的试验方法，通过试验线测量5个线圈的变比，额定变比为6 000∶1，测量结果5 个线圈均误差较大，横向对比极Ⅰ高端Y／Y B 相无异常，具体测量数据如表1 所示。

表1 现场测量数据

通过上述检查试验分析，初步判断套管TA 内部M 接线可能存在多点接地，通过M 试验端子加一次电流时出现分流情况，导致变比较小，与额定变比相差非常大，如图6 所示。正常运行下，套管主回路导电杆通过运行电流时，内部预留试验用M 接线可能存在感应环流，环流磁场抵消部分主回路导电杆电流产生的磁场强度，最终导致5 个线圈二次回路的电流变小。

图6 多点接地分流电路

2.3 故障试验及分析

2018 年10 月22—31 日，拆除换流变压器阀侧首端套管，对TA 进行解体检查及试验。10 月24 日，现场拆除TA 接线盒、接线板后通过接线孔对M 线检查，未发现绝缘破损情况。现场采用M 线加流100 A 进行TA 变比试验，试验数据异常，且与9 月28 日试验结果相吻合，详细数据如表2 所示。

表2 现场测量数据

现场拆除换流变压器阀侧首端套管，从本体取下TA 后进行检查、试验。对TA 的M 线、二次绕组进行全面检查，未发现绝缘破损和其他异常情况。对M线进行更换，更换M 线前后TA 变比试验数据均正常，异常情况消失。试验接线情况、具体试验数据如表3 所示。

表3 现场测量数据

现场检查和试验情况表明，TA M 线、二次绕组、铁芯无异常，M 线多点接地导致分流的情况可以排除。与异常工况相比，存在TA 接线板、套管两个变化因素，下一步可将TA、套管依次复装，查明异常节点。现场将TA、套管依次复装。TA 复装后（M 线、TA二次线与接线板连接恢复），试验数据正常，排除TA接线板绝缘薄弱导致分流的情况。套管复装后，试验数据再次出现异常，且与9 月28 日、10 月24 日（拆除TA 接线盒、接线板）的试验结果相吻合。具体试验数据如表4 所示。

表4 现场测量数据

现场试验结果表明，换流变压器阀侧首端TA 电流异常情况与套管复装有关。下一步，将使用内窥镜对TA、套管进行内部检查，重点检查TA 金属支架与套管根部金属屏蔽是否存在搭接。

现场使用内窥镜对TA、套管进行内部检查，发现TA 金属支架上部与套管根部金属屏蔽存在搭接。

为进一步确认缺陷位置，现场将故障换流变压器套管稍微吊起，套管与TA 金属之间垫上绝缘纸板，TA 变比试验数据正常。确诊套管根部金属屏蔽与TA 线圈金属支架在上部位置存在搭接［4］。故障工况分析：通过上述检查试验分析，确诊套管根部金属屏蔽与TA 线圈金属支架在上部位置存在搭接。通过M 试验端子加一次电流时，套管根部金属屏蔽回路分去部分一次电流，产生反向电流，导致TA 铁芯内的磁通量减小，且磁通方向与正常工况反向，从而造成二次线圈感应出的电流偏小，造成变比异常［5］，如图7（a）所示，具体搭接点实物分别如图7（b）与图7（c）所示。变压器运行工况下，套管主回路导电杆通过运行电流时，M 线接地端、套管根部金属屏蔽、套管法兰形成的回路存在感应环流，环流磁场抵消部分主回路导电杆电流产生的磁场强度，最终导致5个线圈二次回路的电流变小。

2.4 故障处理

现场拆除阀侧首端套管和TA，在地面进行套装比对，发现TA 线圈支架金属板与套管不同心。因金属板位置可调裕度较小，现场将金属板内径扩大7mm。复装套管、TA 后，变比试验数据合格，具体数据如表5 所示。

图7 套管根部金属屏蔽与TA 线圈金属支架搭接分流图

表5 复装后现场测量数据

3 预防措施

两起故障暴露出的问题：

1）案例一中换流变压器阀侧套管TA 内部二次引线固定措施不到位，在换流变压器运行过程中产生的振动，易造成悬垂状态的TA 二次引线与周围部件摩擦，进而造成二次引线绝缘破坏；

2）案例一中换流变压器内部所采用部件未进行相应钝化处理；

3）案例二中换流变压器阀侧套管根部金属屏蔽与套管间绝缘距离不足，套管法兰材料硬度不足并在阀侧套管应力的作用下产生形变。

为防止此类TA 故障再次发生，提出以下预防措施：

1）改善TA 安装工艺，对阀侧套管TA 二次引线进行标准固定，防止引线松弛碰触周围变压器部件；

2）对变压器内部螺丝等金属部件边沿进行钝化处理，防止变压器内部部件存在锋利边沿及尖锐边角；

3）对变压器内部特殊部位增设振动缓冲部件，防止变压器运行持续振动造成部件的磨损；

4）进一步加强管理和质量控制，严格执行标准化、规范化的制造工艺，提高变压器阀侧套管TA 标准件的加工工艺与检验水平，加强设备部件选材、加工精度、组装工艺的管理，防止因组部件选材不良、加工不精及施工不良造成阀侧套管TA 故障。

4 结语

变压器阀侧套管TA 故障属于变压器严重故障，此类故障易造成换流变压器差动保护误动作，严重影响特超高压直流输电系统的安全稳定运行。通过论述两起换流变压器阀侧套管TA 故障查找分析检修案例，并针对此两起故障，从提高生产工艺、优化设计、选材质量、加工精度等方面提出改进措施，为特高压变电站实施反事故技术措施提供相关借鉴。