油紙電容式套管末屏故障處理及原因分析

摘要：本文主要闡述了我單位近兩年來變壓器套管檢修試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的幾起由于末屏裝置異常引發(fā)的缺陷。并通過分析處理，總結(jié)出導(dǎo)致這幾起缺陷的原因。一是套管末屏裝置在結(jié)構(gòu)、裝配及制造工藝方面存在不足，導(dǎo)致導(dǎo)電桿與末屏接觸不良，造成運(yùn)行中低能量放電引起缺陷；二是由于檢修人員工藝水平和操作方法不當(dāng)導(dǎo)致的末屏損壞，以上原因都給變壓器的安全運(yùn)行造成了極大地隱患。最后，提出了消除缺陷的解決措施、日后設(shè)備檢修中應(yīng)注意的問題以及自己的一些見解，僅供電力同行借鑒和探討。

關(guān)鍵詞：油紙電容式套管 套管末屏 故障分析

1 概述

套管是變壓器中一個(gè)主要部件，變壓器繞組的引線是依靠套管引出箱外的，套管起到繞組引線對(duì)油箱的絕緣、固定和將電流輸送到箱外的作用，它需適應(yīng)外界各類環(huán)境條件，并要有一定的機(jī)械強(qiáng)度。套管分純瓷套管、充油套管、充氣套管、電容式套管等不同形式。為了使110kV及以上的套管輻向和軸向場強(qiáng)均勻，其絕緣結(jié)構(gòu)一般采用電容型，即在導(dǎo)電桿上包上許多絕緣層，其間根據(jù)場強(qiáng)分布特點(diǎn)夾有許多鋁箔，以組成一串同心圓柱形電容器。最外層鋁箔即末屏通過小套管引出，作為驗(yàn)證變壓器性能是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目。套管試驗(yàn)主要檢測變壓器主絕緣和電容式套管末屏對(duì)地絕緣電阻、套管介質(zhì)損耗、電容量和局部放電量等，末屏在運(yùn)行中應(yīng)良好接地。另外如果運(yùn)行中由于各種原因造成末屏不健全或接地不良，那么末屏對(duì)地會(huì)形成一個(gè)電容，而這個(gè)電容遠(yuǎn)小于套管本身的電容，按照電容串聯(lián)原理，將在末屏與地之間形成很高的懸浮電壓，造成末屏對(duì)地放電，燒毀附近的絕緣物，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生套管爆炸事故。

2 缺陷實(shí)例

2.1 實(shí)例一

2009年3月14日，保定供電公司220kV棋盤變電站＃3主變進(jìn)行春檢預(yù)試工作，例行對(duì)變壓器套管進(jìn)行高壓和油務(wù)試驗(yàn)。在進(jìn)行高壓套管絕緣油色譜試驗(yàn)時(shí)根據(jù)色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，#3主變C相高壓套管總烴、氫氣、乙炔含量嚴(yán)重超標(biāo)，通過三比值法判斷為套管內(nèi)部存在電弧性放電故障，存在嚴(yán)重缺陷。該套管技術(shù)參數(shù)：型號(hào)：BRL1W1-252/630-4；序號(hào)200620；生產(chǎn)廠家：西安西電高壓電瓷有限責(zé)任公司；出廠日期：2006年11月。

2.1.1 高壓和油務(wù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，tanδ(%)/電容量(pF)

通過高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)套管主絕緣和末屏絕緣存在異常。

色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)(μL/L)A相高壓套管數(shù)據(jù)：

B相高壓套管數(shù)據(jù)：

C相高壓套管數(shù)據(jù)：

2.1.2 從試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果初步分析

①產(chǎn)品密封不嚴(yán)，造成該套管進(jìn)水受潮引起內(nèi)部絕緣局部受潮，局部絕緣性能降低，引起內(nèi)部放電，使套管油中乙炔、甲烷、氫氣等含氣量的增大，由于CO和CO2含量增長幅度較小，估計(jì)紙絕緣沒有受到嚴(yán)重破壞。由于試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度較低，且該主變負(fù)荷較小造成的水沉入儲(chǔ)油柜底部，油中微水含量不高，所以微水測試結(jié)果正常。

②高壓試驗(yàn)時(shí)測試結(jié)果正常，tanδ和電容量沒有明顯變化，估計(jì)套管主絕緣沒有受到嚴(yán)重破壞，但套管末屏與其連接引線的接觸面較小，變壓器在正常運(yùn)行時(shí)電壓比試驗(yàn)電壓高得多，接觸面不能滿足載流量需要，造成套管內(nèi)部放電，使變壓器油在高溫下分解，油中乙炔、甲烷、氫氣等含氣量的增大。

2.1.3 缺陷處理與檢查分析

當(dāng)日公司因無同型號(hào)備件，聯(lián)系西瓷廠家，連夜發(fā)送同型號(hào)高壓套管，生產(chǎn)部門于3月17日更換高壓C相套管，主變恢復(fù)運(yùn)行。

3月17日，在河北省電力公司生產(chǎn)部、電力研究院、保定供電公司和套管廠家等變壓器專業(yè)人員的見證下，西瓷技術(shù)人員對(duì)更換下來的B相套管進(jìn)行了解體檢查?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該套管各零部件正常，結(jié)合緊密，外觀清潔、連接可靠，未發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)、滲油及其他異常，且該套管儲(chǔ)油柜油位計(jì)的指示正常。未發(fā)現(xiàn)其他異常現(xiàn)象。當(dāng)拆開套管末屏，放油觀察套管末屏內(nèi)部時(shí)，發(fā)現(xiàn)套管末屏刻孔向左側(cè)偏下移位約2cm。末屏頂針頂在末屏刻孔邊緣，未到絕緣紙上（圖1）。該種型號(hào)套管采用的末屏為頂針式，頂針內(nèi)有彈簧，末屏為一較厚的銅排繞在芯體上外部再包繞多層絕緣紙，最后在末屏位置將絕緣紙劃掉直徑約2.5cm的一圈（稱為末屏刻孔），頂針頂在刻孔露出的銅排上接地（圖2）。

繼續(xù)解體進(jìn)行檢查，當(dāng)抽出電容芯子，測量絕緣紙末端至導(dǎo)管末端的距離為84mm（正常設(shè)計(jì)值為90mm），芯子整體向左下位移約6mm（圖4）。

隨后又對(duì)芯體進(jìn)行了劃芯檢查，檢查是整體移位還是中間層移動(dòng)，逐層測量了電容屏對(duì)底部的距離，均下移了6mm左右，說明中間層無相對(duì)位移。應(yīng)為整體向下移動(dòng)。根據(jù)頂針的滑動(dòng)痕跡判斷應(yīng)為芯體整體旋轉(zhuǎn)約1.9cm。痕跡為直線型，中間無下壓的凹陷，說明移位是一次完成，中間沒有緩沖過程（圖3）。劃芯最后未發(fā)現(xiàn)芯體最里層絕緣紙與導(dǎo)電體之間有粘合劑。說明廠家設(shè)計(jì)制造和制作工藝中電纜紙最里層漏涂粘合劑及芯體繞制力度不夠。圖5中也可明顯看出芯體與導(dǎo)桿之間有明顯的縫隙。

從上述檢查結(jié)果確定缺陷產(chǎn)生原因是套管芯體移位導(dǎo)致末屏頂針與接地銅排錯(cuò)位，末屏頂針與周圍包裹銅排的絕緣紙解除，運(yùn)行中由于末屏不能有效接地，造成虛接現(xiàn)象，引起內(nèi)部放電。也基本驗(yàn)證了最初通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)缺陷產(chǎn)生原因的判斷。

2.1.4 采取措施及結(jié)論

省公司針對(duì)此次缺陷制定了《關(guān)于加強(qiáng)排查西安西電高壓套管有限公司高壓套管缺陷的通知》，要求對(duì)該種型號(hào)套故進(jìn)行末屏裝置的檢查。

我公司隨即結(jié)合棋盤220kV站的套管缺陷對(duì)其他變電站套管解體檢查。對(duì)西瓷末屏檢查的方法為：①進(jìn)行套管色譜試驗(yàn)，高壓試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)有無異常。②拆開套管末屏，放油，觀察套管末屏內(nèi)部的末屏刻孔是否移位，移位的判斷方法為末屏刻孔中心是否正對(duì)末屏孔，引線帶上是否有位移劃痕。若無移位則進(jìn)行真空注油，靜置24小時(shí)后恢復(fù)運(yùn)行。在檢查中又發(fā)現(xiàn)了220kV雄州站#3主變高壓B相套管和110kV清風(fēng)店站#3主變高壓C相套管都存在同樣的缺陷隱患，通過對(duì)缺陷的及早發(fā)現(xiàn)和消除有效的避免了套管末屏因解除不良放電所導(dǎo)致的設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。

認(rèn)真剖析此類套管芯體移位導(dǎo)致末屏解除不良放電現(xiàn)象，芯體最里層絕緣紙與導(dǎo)電體之間沒有使用粘合劑。說明廠家設(shè)計(jì)制造和制作工藝中電纜紙最里層漏涂粘合劑及芯體繞制力度不夠（圖5中也可明顯看出芯體與導(dǎo)桿之間有明顯的縫隙）。同時(shí)說明該批產(chǎn)品確實(shí)存在共同的繞制工藝缺陷。使得安裝運(yùn)輸時(shí)震動(dòng)引起了芯體移位。省公司應(yīng)盡快組織各分公司進(jìn)行同類設(shè)備排查防止頂針頂?shù)浇^緣紙上造成末屏虛接放電引起的套管故障。

2.2 實(shí)例二

2010年4月日，保定供電公司220kV富昌變電站＃2主變進(jìn)行春檢預(yù)試工作中，例行對(duì)變壓器進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)異常狀況：110kV中壓側(cè)A相、C相套管末屏引出測量端子的蓋子無法擰開，導(dǎo)致不能進(jìn)行末屏絕緣、套管介質(zhì)損耗角正切值tanδ及電容量測量試驗(yàn)。

富昌站 2號(hào)主變型號(hào)為SFSZ10-180000/220，2007年11月投運(yùn)，110kV中壓側(cè)A相、C相套管套管型號(hào)為BRLW-126/2000-4，額定電壓126kV，額定電流2000A，油號(hào)10GBX。

該套管末屏形式為內(nèi)置連接型式（同過接地蓋、接地冒接地），及末屏接地引出線經(jīng)套管法蘭穿過絕緣小瓷套通過引線柱引出，引線柱單獨(dú)對(duì)地為絕緣狀態(tài)，正常運(yùn)行時(shí)引線柱外圈螺紋口與外加金屬接地蓋內(nèi)部螺紋互套緊固后相連接，引線柱通過與金屬接地蓋內(nèi)部的壓力彈簧壓緊相接觸，保證末屏端子引線柱經(jīng)過金屬接地蓋與鑄鋁接地底座可靠連接，從而實(shí)現(xiàn)了套管末屏在運(yùn)行中良好接地。

2.2.1 缺陷處理及原因分析

正常情況下試驗(yàn)人員可徒手用力即可把金屬接地蓋旋轉(zhuǎn)擰開，斷開其與鑄鋁底座的連接面，露出末屏引出端子后便于套管絕緣試（如圖6）。

而當(dāng)時(shí)現(xiàn)場工作人員即使采用套管鉗強(qiáng)行退出也無法轉(zhuǎn)動(dòng)金屬接地蓋，經(jīng)過現(xiàn)場研究討論初步確定接地蓋不能正常開啟的原因是由于安裝時(shí)擰入位置不正造成螺紋滑牙亂扣現(xiàn)象，致蓋子無法擰開?，F(xiàn)場工作人員用手鋸沿著接地蓋與末屏引線柱外螺紋套的交界處割據(jù)，鋸開螺紋之間的亂螺口后退出接地蓋。通過對(duì)拆下的密封蓋及末屏測量端子檢查，發(fā)現(xiàn)密封蓋內(nèi)部壓力彈簧處存在火花放電痕跡（如圖7）；末屏測量端子上已經(jīng)有嚴(yán)重的氧化腐蝕現(xiàn)象（如圖8）。

現(xiàn)場用絕緣搖表測量末屏的絕緣電阻值為零值，現(xiàn)場用細(xì)砂紙對(duì)末屏抽頭上附著的氧化層進(jìn)行充分打磨處理，清除氧化物后測量A相、C相套管末屏絕緣電阻及其他各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常。由于接地蓋已經(jīng)鋸開無法使用，公司有此類接地蓋備件，現(xiàn)場工作人員重新對(duì)末屏引線柱外螺紋套進(jìn)行套絲并擰上新接地蓋后異常缺陷消除。

由此可通過上述現(xiàn)象分析判斷導(dǎo)致本次110kV中壓套管測量端子異常缺陷的原因是：①機(jī)械原因，由于測量端子的蓋子和底座為鑄鋁材質(zhì)，在安裝過程中擰入時(shí)稍有位置不正即易造成螺紋滑牙亂扣現(xiàn)象，導(dǎo)致蓋子無法擰開。②電氣原因，由于末屏蓋螺紋滑牙亂扣現(xiàn)象導(dǎo)致蓋子與末屏之間的密封破壞，長時(shí)間運(yùn)行進(jìn)水受潮造成套管末屏試驗(yàn)抽頭氧化接地不良，造成絕緣電阻遙測值為零值。③末屏測量端子利用蓋子內(nèi)部的壓力彈簧壓緊以保證末屏端子與鑄鋁接地底座可靠連接，但由于彈簧材質(zhì)、制造工藝或檢修中反復(fù)操作等外界因素使壓力彈簧狀態(tài)疲勞導(dǎo)致其壓力不足、銅螺桿與銅套接觸面粗糙、銅螺桿配合不良等均可能引起銅套接地不良造成的放電缺陷。

此次異常情況的發(fā)生是綜合上述因素結(jié)合在一起而引發(fā)的一個(gè)典型缺陷，該缺陷如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并得到可靠處理，運(yùn)行中極有可能導(dǎo)致由于套管缺陷隱患而造成主變壓器事故的惡劣影響。

2.2.2 反事故措施

針對(duì)設(shè)備運(yùn)行、試驗(yàn)及消缺處理過程中暴露的一些問題，建議采取適用的反事故措施。

①在每次打開該類型電容式高壓套管測量端子的蓋子進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，不得使用尖利的螺絲刀等推動(dòng)銅套，以保證銅螺桿與銅套接觸面的光滑度；恢復(fù)運(yùn)行前應(yīng)檢查銅套是否活動(dòng)自如、表面粗糙程度是否良好，并測量其接地是否正常。②每次進(jìn)行該類型電容式高壓套管的預(yù)防性試驗(yàn)后，擰緊測量端子的蓋子時(shí)要注意對(duì)正螺紋位置，不正時(shí)不得大力擰緊，以免造成螺紋滑牙導(dǎo)致蓋子無法擰開。③在高壓套管設(shè)備選型和采購時(shí)，應(yīng)建議高壓套管制造廠家改良測量端子蓋子和底座的材質(zhì)，將規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)口前移，避免類似原因造成螺紋滑牙，進(jìn)而影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)束語

幸運(yùn)的是這幾次套管末屏的異常缺陷發(fā)現(xiàn)及時(shí)、處理得當(dāng)，否則將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的電氣設(shè)備損壞事故。套管末屏接地是否良好，對(duì)變壓器安全運(yùn)行關(guān)系極大。套管末屏可靠接地是決不能忽視的大問題，從此次異常缺陷的發(fā)現(xiàn)到原因分析，可清楚地認(rèn)識(shí)到套管末屏在運(yùn)行中良好接地的重要性。作者認(rèn)為今后電力設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行中需要改進(jìn)和注意的問題如下：①建議定期對(duì)套管末屏部分進(jìn)行遠(yuǎn)紅外測溫檢查，對(duì)因接觸不良產(chǎn)生發(fā)熱的套管末屏力爭及早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理消除運(yùn)行隱患。②檢修維護(hù)人員利用一切停電的機(jī)會(huì)認(rèn)真檢查套管各部件，及時(shí)消缺，排除隱患；嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對(duì)新投運(yùn)設(shè)備均經(jīng)有關(guān)方面驗(yàn)收認(rèn)可嚴(yán)防設(shè)備帶病投運(yùn)；不斷提高專業(yè)技術(shù)水平，確保檢修質(zhì)量。③大量搜集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)并充分分析，盡早開展對(duì)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)檢修試驗(yàn)。目前，對(duì)套管的末屏接地裝置接地可靠性缺乏有效的檢測手段，建議開展末屏良好接地臨測的試驗(yàn)和研究，將末屏接地不良故障減少到最小。

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