1引言

灵宝换流站是西北一华中联网直流输电背靠背单极直流系统工程，是我国第一个自行设计及设备国产化示范试验工程，主要设备100%实现国产化。灵宝换流站330kV侧(连接西北电网)共有3台单相三绕组换流变压器，任何一台换流变压器的故障都将导致直流系统停运，中断西北和华中电网间的功率交换。2005年4月3日，灵宝换流站033B换流变压器发生故障，导致直流系统退出备用。由此看出加强对换流变压器的运行维护、做好换流变压器故障分析以及改进换流变压器设计中的缺陷等工作，对提高直流输电系统运行稳定性非常重要。

2换流变压器套管结构与特点

灵宝换流站033B换流变压器套管为油纸电容型，由瓷套、电容芯子、中心铜管、头部的储油柜、中间的安装法兰和尾部的均压球等部件组成。套管整体用头部的强力弹簧通过中心铜管串压而成，其中电容芯子是由0.10mm厚的绝缘纸和0.01mm厚的铝箔加压后交替卷在中心铜管上成型的。铝箔形成了与中心铜管并列的同心圆柱体电容屏，电容屏有9O个。电容芯子是根据电容分压原理卷制而成，使套管中心铜管与接地法兰问的径向和轴向电场分布均匀。中心铜管既是电容芯子的骨架，又是高压引线的通道。电容芯子经真空干燥处理，除去内部空气与水分后，用变压器油充分浸渍，作为套管的主绝缘，套管外部为瓷绝缘，里面注有变压器油。套管结构和特点如图1所示。

3 事故经过

事故前系统运行方式为：灵宝换流站的直流系统为热备用状态，换流变压器为充电状态。2005年4月30日20时54分，工作站事件列表显示：

(1)033B换流变电量保护动作。

(2)033B非电量保护动作。

(3)直流系统两侧交流开关跳闸。

033B换流变保护装置上显示：

(1)绕组差动动作。

(2)零序比例差动动作。

(3)换流变大差动作。

(4)换流变小差动作。

(5)重瓦斯动作。

(6)轻瓦斯报警。

(7)压力释放动作等报警信息。

现场对033B换流变检查发现C相换流变的压力释放阀冒油，033B换流变C相套管上端部储油柜发生移位，变压器箱盖、储油柜、联管及套管裙边均有油迹，由此判断换流变两套保护装置的上述保护正确动作。经分析故障录波图可知：C相接地故障;C相故障电流为3.39kA;C相故障电压为6.83lkV，故障持续时间70ms(3个半周波)。

将033B换流变C相从工作位拖出后，对330kV套管头部进行了检查。拆掉套管压盖后发现套管导电头部镀银层有严重氧化发黑现象，且固定螺栓已生锈并有残留水迹。将该套管从变压器本体拔出时，发现该套管的下瓷套全部碎裂脱落，并散落在换流变油箱内。套管电容芯体上、下锥体及圆柱体均有多处树枝状放电痕迹，且下锥体端部第三个电容屏间向外有严重炭化电弧通道，绝缘纸层绷开，观察后发现有两处放电击穿痕迹，033B换流变C相网侧高压套管放电后的情况如图2所示。

随后对全部033B换流变套管取油样进行分析，发现A相、B相均正常，C相有故障，性质为电弧放电。现场对033B换流变A、B相网侧高压套管顶部储油柜密封情况进行了检查，检查发现A相无异常，B相有水迹、锈迹和明显进水通道，如图3所示;换流变B相网侧高压套管进水通道如图4所示。同时，备用换流变套管进水已积满，如图5所示。经现场分析确认使用螺栓存在缺陷不符合要求，换流变套管需全部返厂进行改造处理。

4受潮原因分析及处理方法

4.1 受潮原因分析

2005年5月4日，故障套管运回厂家进行检查。套管解体后发现套管顶部密封失效，积水自上而下渗入套管内腔，密封垫板上有泥沙沉积，且密封垫板下部密封垫圈永久性变形。经分析判断认为，033B换流变C相网侧套管事故的直接原因是套管密封失效，使套管储油柜进水，导致油及主绝缘性能下降，在持续运行电压下，在电场较高的尾部首先产生放电，由于尾部的电场强度最高，随着水的进入，尾部油纸电容屏的绝缘强度也逐渐下降。当其不能耐受运行电压时，在绝缘最薄弱的电容屏端部产生击穿，电弧使油分解为气体，从而使套管内部油分解产生较高的压力，导致套管外部瓷屏爆裂。

套管密封失效的原因主要是由于套管头部实际使用的螺栓与设计不符。图纸要求使用内六角螺栓，实际安装中使用的是十字槽螺栓，设计图纸要求螺栓下必须加带垫圈，而在安装时有些未使用垫圈，另外十字槽螺栓在紧固时力量小于内六角螺栓，可能导致密封橡胶垫压缩量不足，起不到应有的密封效果，最终雨水进入套管头部。套管顶部连接帽接线板与带螺纹的引线鼻子相连接，这个连接帽兼有密封和导电的双重作用，从而带来很多弊病。首先是细螺纹丝扣制造公差太大，易造成接触不良，引起过热，其次由于帽上接线板还必须与外部母线相连接，致使密封垫无法压紧，稍有松动，就会向内漏水，当雨水进入套管头部后，直接接触的是套管的第二道密封。密封垫板结构使雨水积聚于第二道密封表面处，当橡胶垫圈压缩量不足时，引起套管密封性能下降，在套管头部受到外力情况下，密封完全失效，雨水逐渐渗入到套管内部。因此在第一道密封失效后，第二道密封因设计缺陷也无法起到密封防水功能，使水进入套管内部引起套管绝缘受潮。

4.2 改进及处理措施

(1)在头部压盖内孔处增加一道轴向密封;密封压板下端密封槽与压盖上端密封槽改为斜角槽;在密封垫板的上方增加一道弹性板密封，防止雨水进入密封垫板外部;对头部密封的所有橡皮垫圈的选取进行重新核算并进行改进;在套管改造后出厂时，要进行头部各道密封的检漏试验，确保密封的可靠性。

(2)在雨季前，对换流变压器的高压套管端部进行一次检查，处理密封不严或过热现象，利用每年停电机会安排一次密封性能检查。

(3)套管外露空气部分的金属部件表面进行防锈处理。

5结束语

此次套管瓷套碎裂是由于结构设计不合理及制造工艺不佳，使密封措施不能够起到密封作用引起的。为防止换流变套管受潮而发生事故，可以采取以下措施：

(1)对换流变压器要加强巡视，建立定期试验、检修常态技术管理机制。当试验数据异常时，要及时分析，查找异常诱因，消除设备隐患，防止换流变由于受潮等因素而引发的事故。

(2)积极开展油中含水量测量和套管红外测温长效机制，严格执行规程和标准。

(3)定期对换流变油进行测试，采取必要的预防性诊断方法，做到提前发现，提前处理，避免设备损坏。

(4)换流变压器在运输、储存、安装及检修中应采取必要的措施，防止换流变压器本体及套管受潮。

(5)积极进行定期维修工作，对换流变压器呼吸器、储油柜以及油样采集阀等部件定期检测密封情况，防止因为换流变压器辅助部件受潮，导致本体受潮。