CN113496803A - 全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管及其监测方法，套管中部法兰与换流变的升高座连接，阀侧套管中部法兰一侧设有两个绝缘气体自锁阀门，各绝缘气体自锁阀门分别通过各自的气体压力传导管接至各自的气体连通阀组，各气体连通阀组上安装气体密度控制器；方法为：将监测仪表从变压器本体转移到变压器本体外无外界干扰的环境；将传统的电信号传导改为气体压力信号传导；采用双路信号监测，监测信号传送至远程控制装置；由远程控制装置内运行的软件进行差异化分析，避免仪表本身故障而带来的判断失误和输电事故的发生。本发明能够有效避免运行及自然环境对监测设备以及监测结果带来的损伤和不良影响，避免监测设备自身问题而误报。

Description

全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管及其监测方法
技术领域
本发明涉及一种变压器套管，具体为一种全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管及其监测方法。
背景技术
由于我国能源和用电负荷中心分布不匹配的特殊性所致，近年来在远距离输电工程中具有明显优势的特高压直流输电工程得到了大力发展和应用，截至目前国内已投运及建设中的直流输电线路已有二十余条，在国民经济发展中起着十分重要的作用。作为最重要的一次设备换流变压器在直流输电工程中具有不可替代的地位，同时由于直流输电技术的特殊性，换流变压器及其核心组部件比同类型交流输电设备更为复杂，对运行可靠性的要求更高。作为换流变压器的核心组部件，阀侧直流套管多采用硅橡胶复合绝缘干式电容型，其内部充有一定压力的SF6绝缘气体。精准监测阀侧直流套管的内部SF6气体状态对换流变压器以及整个输电系统的安全运行具有重要意义。这种影响主要体现在两个方面：一是作为承受高压电、大电流的电气部件，套管在自身发生密封失效或内部过热等异常时，SF6气体状态会随之发生变化，如若不能及时发现异常或者SF6状态监测存在较大误差会导致问题未能及时被发现，出现绝缘损坏甚至发生放电、爆炸事故，进而影响到周边设备导致更大的事故；二是阀侧直流套管不仅是换流变压器的核心部件，还与换流阀直接形成电气连接，当变压器或换流阀主体出现某些异常状态时，套管内绝缘气体压力等参数发生的变化会直观地反映出相关设备的问题性质，及时将异常信号传递给运维系统，获得精准的故障判断进而制止更严重问题的发生。而传统的换流变阀侧直流套管不具备SF6绝缘气体在线监测功能或只在套管本体上安装简易的精准度不高的气体压力表，很大程度上无法满足现代电力系统对设备运行状态的监测要求，使得直流输电系统存在安全隐患。
上述安装隐患主要体现在以下几方面：(1)不配置绝缘气体在线监测装置会使得套管本身以及与其相关的换流变压器等装备运行状态的监测处于失控状态；(2)换流变压器运行中由于铁芯的磁滞伸缩、冷却设备的运转以及在电动力或者自然界其它震动因素影响下，设备自身会不停的震动，此种震动传导到带有悬臂负荷的套管处会被放大到更为严重的程度；在套管本体上配置SF6气体压力表会由于设备运行中的震动状态使得表计监测结果存在较大误差，且震动对仪表本身也会造成容易损坏的不良影响；(3)由于换流变设备较高，且一般需要带电状态查看监测结果，设置在本体上的SF6表计在结果查看时对运维人员来说存在登高、触电等安全隐患；(4)换流变压器以及套管属于室外工作设备，设备及安装在设备本体上的仪器仪表会受到日光暴晒、雨雪严寒等自然气候影响。
综上可知，研制一种能够对内部SF6绝缘气体状态进行精准监测、为运维系统提供判断依据的阀侧直流套管对直流输电系统尤其是超、特高压系统的安全运行十分重要。
发明内容
针对现有技术中针对由于上述因素引起的设备状态监测误差可能会导致套管本身以及其它相关设备发生故障判断失误，造成放电甚至爆炸火灾事故或者由于误报警导致经济受损的现状，本发明要解决的技术问题是提供一种具有对套管内部SF6绝缘气体压力状态的全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管及其监测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管，通过套管中部法兰与换流变的升高座连接，其特征在于：阀侧套管中部法兰一侧设有两个绝缘气体自锁阀门，各绝缘气体自锁阀门分别通过各自的气体压力传导管接至各自的气体连通阀组，各气体连通阀组上安装气体密度控制器。
所述气体连通阀组配置两个自封接口，一个自封接口安装气体密度控制器，另一个接口安装充放气阀门。
气体密度控制器的信号线经传输线路与远端的电力系统运维控制区域的控制装置相连。
绝缘气体自锁阀门、气体压力传导管、气体密度控制器以及气体连通阀组为并行设置的两套，各气体连通阀组上分别设有充放气阀门，气体连通阀组和气体密度控制器均安装在保护箱中，保护箱安装于可避免变压器振动影响之处。
本发明还提供一种全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管监测方法，包括以下步骤：
1)将监测仪表从变压器本体转移到变压器本体外无外界干扰的环境；
2)将传统的电信号传导改为气体压力信号传导；
3)采用双路信号监测，监测信号传送至远程控制装置，形成对比和误差互补；
4)由远程控制装置内运行的软件进行差异化分析，避免仪表本身故障而带来的判断失误和输电事故的发生。
步骤1)中变压器本体外无外界干扰的环境为距变压器本体5米以外。
步骤2)中将传统的电信号传导改为气体压力信号传导，绝缘气体压力或密度参数传导路径采用具有压力无损传导能力的不锈钢丝铠装全不锈钢内壁气体压力传导管对绝缘气体进行参数传导，具体为：阀侧套管中部法兰一侧设有两个绝缘气体自锁阀门，各绝缘气体自锁阀门分别通过各自的气体压力传导管接至各自的气体连通阀组，各气体连通阀组上安装气体密度控制器。
步骤3)中采用双路信号监测为：绝缘气体自锁阀门、气体压力传导管、气体密度控制器以及气体连通阀组为并行设置的两套，各气体连通阀组上分别设有充放气阀门，气体连通阀组和气体密度控制器均安装在保护箱中。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明通过使用不锈钢丝铠装全不锈钢内壁气体压力传导管将气压传导到具有理想监测环境的位置，使用精密仪表对绝缘气体的状态进行监测，能够有效避免运行及自然环境对监测设备以及监测结果带来的损伤和不良影响；
2.本发明中所涉及的换流变阀侧直流套管带有两套具有数字和模拟信号输出功能的绝缘气体远传监测装置，能够对套管内部绝缘气体的密度或运行压力实现实时在线监测且将监测结果在仪表本体显示的同时以电信号的型式输出给控制室，两套监测装置监测结果能够形成差异化对比，为运维系统提供分析依据，避免因监测设备自身问题而发生的误报警；
3.本发明将监测装置设置在远传后的良好监测环境中，且监测设备处配置了防护装置(保护箱)，防护装置具有不锈钢板防护外壳，内部可根据具体使用环境配置温度、湿度控制装置，能够有效防止雷雨侵蚀、日照升温等自然环境对仪表的伤害，使监测工作能够持续、精准的进行；
4.针对换流变压器容量较大，设备较高，作为绝缘部件的套管多处于较高的位置等，本发明用导气管将套管内部绝缘气体连通至较低位置，能够便于对监测结果或充放气操作，避免由于登高和带电操作给运维人员带来的安全隐患。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1为阀侧套管，2为套管中部法兰，3为绝缘气体自锁阀门，4为气体压力传导管，5为气体密度控制器，6为保护箱，7为气体连通阀组，8为充放气阀门，9为输出线路，10为电力系统运维控制区域。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明一种全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管，通过套管中部法兰2与换流变的升高座连接，套管中部法兰2一侧设有两个绝缘气体自锁阀门3，各绝缘气体自锁阀门3分别通过各自的气体压力传导管4接至各自的气体连通阀组7，各气体连通阀组7上安装气体密度控制器5。
气体连通阀组7配置两个自封接口，一个自封接口安装气体密度控制器5，另一个接口安装充放气阀门8。
气体密度控制器5的信号线经传输线路9与远端的电力系统10的运维控制装置相连。
绝缘气体自锁阀门3、气体压力传导管4、气体密度控制器5以及气体连通阀组7为并行设置的两套，各气体连通阀组7上分别设有充放气阀门8，气体连通阀组7和气体密度控制器5均安装在保护箱6中，保护箱6安装于受变压器振动干扰小的地面或支撑架上。
本实施例中，安装于换流变压器上的阀侧套管1，采用干式电容型结构，内部充有一定压力的SF6绝缘气体，工作时套管中部法兰2与换流变压器阀侧升高座形成良好机械连接，阀侧套管1上端深入换流站阀厅，与换流阀设备形成电气连接；
套管中部法兰2上配置了2只绝缘气体自锁阀门3，绝缘气体自锁阀门3与气体压力传导管4连接后能够实现绝缘气体自锁阀门3自动打开，并使套管内部绝缘气体与气体压力传导管4内部导通；
为使被监测气体的密度、压力信号不失真，气体压力传导管4采用不锈钢丝铠装全不锈钢内壁材料制成，能够耐受从100Pa到4MPa全气压范围的压力试验，其两端分别与绝缘气体自锁阀门3和气体连通阀组7形成良好密封连接，其长度可根据工程实际需求确定，以能够将气体密度控制器5引导至不影响其工作状态的良好环境位置为长度下限值；
与气体压力传导管4连接的气体连通阀组7配置了另外两个绝缘气体自封接口，其中1个接口用来安装气体密度控制器5，另1个接口连接充放气阀门8，能够实现对套管内部绝缘气体进行增减操作；
气体密度控制器5的监测结果除在自身显示屏进行显示外，还能够通过输出线路9以数字和模拟电信号两种形式输出至电力系统运维控制区域10的控制装置；
绝缘气体自锁阀门3、气体压力传导管4、气体密度控制器5、气体连通阀组7、充放气阀门8以及输出线路9整体配置两套，终端部分气体连通阀组7和气体密度控制器5均被安装在保护箱6中，保护箱6采用强度足够的不锈钢板制作，具有良好的防水、通风功能，且能够使2组、气体连通阀组7、气体密度控制器5得到稳固安装，能够保障绝缘箱内各部件工作在良好的环境条件下，绝缘气体监测结果精准无误，不会受到外界条件干扰。
采用两套气体传导及监测装置(气体密度控制器5)可以同时输出结果供运维系统进行监测分析，能够有效避免因设备故障而造成的误报警等错误的发生；
本发明中，套管内部绝缘气体密度、压力参数的传导是以气体自身的形式实现的，结合不锈钢丝铠装全不锈钢内壁气体压力传导管的传导路径形式，实现保障远传后的气体特征参数不会发生失真的无损传输；
保护箱6采用全天候精密仪器保护箱，具有防雨雪、防风沙、散热条件良好、信号屏蔽功能良好等精密仪表设备保护功能，具有仪表查看窗口、远传信号引出接口等功能。
阀侧套管2配置了两套绝缘气体压力在线监测装置，使用气体压力传导管4将套管本体气体压力参数分2路远传至气体压力监测装置的位置，能够有效避免换流变压器运行中各种震动对仪表和输出结果的不良影响；通过使用装置保护箱和多功能阀组能够实现对监测装置的环境保护和套管本体绝缘气体的补充和放气，两套装置的输出结果能够为运维系统提供差异化分析依据，进而避免仪表本身故障而带来的判断失误和输电事故的发生。
本发明一种全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管的监测方法，包括以下步骤：
1)将监测仪表从变压器本体转移到变压器本体外无外界干扰的环境；
2)将传统的电信号传导改为气体压力信号传导；
3)采用双路信号监测，监测信号传送至远程控制装置，形成对比和误差互补
4)由远程控制装置内运行的软件进行差异化分析，避免仪表本身故障而带来的判断失误和输电事故的发生。
本实施例中，变压器本体外无外界干扰的环境选择在距离变压器基础5米以外，将保护箱6通过支架或基础安装于地面上。
步骤2)中将传统的电信号传导改为气体压力信号传导，绝缘气体压力或密度参数传导路径采用具有压力无损传导能力的不锈钢丝铠装全不锈钢内壁气体压力传导管对绝缘气体进行参数传导，具体为：阀侧套管中部法兰一侧设有两个绝缘气体自锁阀门3，各绝缘气体自锁阀门3分别通过各自的气体压力传导管4接至各自的气体连通阀组7，各气体连通阀组7上安装气体密度控制器5。
采用双路信号监测是指绝缘气体自锁阀门3、气体压力传导管4、气体密度控制器5以及气体连通阀组7并行设置两套，各气体连通阀组7上分别设有充放气阀门8，气体连通阀组7和气体密度控制器5均安装在保护箱6中。
步骤4)中由远程控制装置内运行的软件进行差异化分析，采用现有分析软件实现。
本发明方法中涉及的部件介绍与本发明装置的内容相同，这里不再赘述。
本发明方法将仪表从传统安装位置(变压器本体)转移到一个没有外界干扰的环境，将传统的电信号传导改进为气体压力信号传导，并采用双路信号监测，可以形成对比和误差互补；为了减小环境对仪表的影响增加了一个保护箱。
本发明中换流变阀侧直流套管带有两套具有数字和模拟信号输出功能的绝缘气体远传监测装置，能够对套管内部绝缘气体的密度或运行压力实现实时在线监测且将监测结果在仪表本体显示的同时以电信号的型式输出给远程控制装置，两套监测装置监测结果能够形成差异化对比，为运维系统提供分析依据，避免因监测设备自身问题而发生的误报警，能够在很大程度上有效提升直流输电系统的运行可靠性。

Claims (8)

1.一种全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管，通过套管中部法兰与换流变的升高座连接，其特征在于：阀侧套管中部法兰一侧设有两个绝缘气体自锁阀门，各绝缘气体自锁阀门分别通过各自的气体压力传导管接至各自的气体连通阀组，各气体连通阀组上安装气体密度控制器。
2.根据权利要求1所述的全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管，其特征在于：所述气体连通阀组配置两个自封接口，一个自封接口安装气体密度控制器，另一个接口安装充放气阀门。
3.根据权利要求1所述的全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管，其特征在于：气体密度控制器的信号线经传输线路与远端的电力系统运维控制区域的控制装置相连。
4.根据权利要求1所述的全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管，其特征在于：绝缘气体自锁阀门、气体压力传导管、气体密度控制器以及气体连通阀组为并行设置的两套，各气体连通阀组上分别设有充放气阀门，气体连通阀组和气体密度控制器均安装在保护箱中，保护箱安装于可避免变压器振动影响之处。
5.一种根据权利要求1所述的全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管监测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将监测仪表从变压器本体转移到变压器本体外无外界干扰的环境；
2)将传统的电信号传导改为气体压力信号传导；
3)采用双路信号监测，监测信号传送至远程控制装置，形成对比和误差互补；
4)由远程控制装置内运行的软件进行差异化分析，避免仪表本身故障而带来的判断失误和输电事故的发生。
6.根据权利要求5所述的全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管监测方法，其特征在于：步骤1)中变压器本体外无外界干扰的环境为距变压器本体5米以外。
7.根据权利要求5所述的全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管监测方法，其特征在于：步骤2)中将传统的电信号传导改为气体压力信号传导，绝缘气体压力或密度参数传导路径采用具有压力无损传导能力的不锈钢丝铠装全不锈钢内壁气体压力传导管对绝缘气体进行参数传导，具体为：阀侧套管中部法兰一侧设有两个绝缘气体自锁阀门，各绝缘气体自锁阀门分别通过各自的气体压力传导管接至各自的气体连通阀组，各气体连通阀组上安装气体密度控制器。
8.根据权利要求5所述的全天候高精度绝缘气体在线监测换流变套管监测方法，其特征在于：步骤3)中采用双路信号监测为：绝缘气体自锁阀门、气体压力传导管、气体密度控制器以及气体连通阀组为并行设置的两套，各气体连通阀组上分别设有充放气阀门，气体连通阀组和气体密度控制器均安装在保护箱中。
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