一起220kV變壓器套管發(fā)熱問(wèn)題的分析及處理

李新炎

摘要：絕緣套管是電力變壓器的重要組件之一，變壓器在運(yùn)行中要長(zhǎng)期承受工作電壓、負(fù)荷電流以及在故障中出現(xiàn)的短時(shí)過(guò)電壓、故障電流的作用，因此對(duì)套管的制造、運(yùn)行、檢修和測(cè)試都有嚴(yán)格的規(guī)定。文章對(duì)一起典型的套管故障進(jìn)行了深入分析以及介紹一些解決辦法。

關(guān)鍵詞：變壓器套管；套管發(fā)熱；引線頭；過(guò)流截面；接觸電阻

中圖分類號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）17-0134-02

套管是變壓器繞組引線引出到變壓器箱外的裝置，起著引線對(duì)地絕緣的作用，又是在硫元件之一，因此應(yīng)具有規(guī)定的電器強(qiáng)度和滿足熱穩(wěn)定的要求。而電容式套管是現(xiàn)代變壓器超高壓側(cè)最普遍使用的。它制造安裝工藝的好壞直接影響到變壓導(dǎo)導(dǎo)的安全運(yùn)行。而套管接頭發(fā)熱引起的故障在變壓器故障中占了很大的比例。為此，本文通過(guò)一起典型的套管接頭發(fā)熱故障進(jìn)行了探討、分析，以對(duì)同類事故進(jìn)行總結(jié)。

1 故障發(fā)現(xiàn)成因分析及危害

2002年12月15日，我們接到變電運(yùn)行部220kV龍?zhí)磷冸娬局蛋嗳藛T的緊急嚴(yán)重發(fā)熱缺陷報(bào)告，在巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)#2主變220kV側(cè)A相絕緣套管頭部的相色漆嚴(yán)重起泡，用紅外測(cè)溫儀測(cè)得溫度為114℃，此發(fā)熱故障屬于危急熱故障，對(duì)此我們立即安排了停電檢查處理。

電容式套管發(fā)熱一般可分為外部接頭發(fā)熱故障和內(nèi)部接頭發(fā)熱故障。外部接頭發(fā)熱故障可發(fā)生在兩個(gè)地方（套管上部結(jié)構(gòu)如圖1所示）：一是套管接線掌與外部引接導(dǎo)線的接線掌之間因接觸面積不夠或加工安裝工藝不符合要求（接面加工不平；銅鋁不同材料的接頭沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊的加工處理直接連接；連接螺栓接觸松動(dòng)；平墊圈過(guò)大、墊與墊之間的間隙不夠或直接連通形成閉合磁路引起發(fā)熱），另外因?yàn)榇私宇^在變壓器做預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常拆接，如果拆接不當(dāng)引起接線掌變形及在復(fù)裝過(guò)程中不注意清潔檢查，有金屬毛刺或雜物墊起引起的接觸不良引起的。二是導(dǎo)電頭（俗稱將軍帽）的上部圓柱體與套管接線掌上的管型夾件的夾緊螺栓沒(méi)擰緊或配合不當(dāng)及加工工藝粗糙引起的。加之外接頭裝在地處沿海地區(qū)的室外，空氣中所含的鹽分較高，在大自然的作用下對(duì)接頭的氧化腐蝕更快更嚴(yán)重，這些情況都會(huì)引起接觸不良，使接觸電阻增大，于是接頭處通過(guò)大電流時(shí)就引起發(fā)熱。高溫導(dǎo)致金屬氧化物加快，逐漸形成一層氧化膜，氧化膜的增加使得接觸電阻越來(lái)越大，同時(shí)由于金屬本身的導(dǎo)電特性，即溫度越高，導(dǎo)電率越低，消耗的電能越多，也就引起了溫度越來(lái)越高，如此反復(fù)，形成惡性循環(huán)。如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，最終導(dǎo)致燒斷引線造成事故。內(nèi)部接頭發(fā)熱故障也可發(fā)生在兩個(gè)地方：一是導(dǎo)電頭內(nèi)螺紋與變壓器繞組引線接頭的螺紋連接處。如果螺紋連接的公差配合因加工工藝不良或安裝不當(dāng)擰緊后形成螺牙單邊接觸（即象螺線管式的線接觸）或?qū)Ч芘c變壓器繞組引線接頭間的定位螺母或定位圓柱銷漏裝或因運(yùn)行振動(dòng)引起送脫導(dǎo)致兩者之間的接合不緊固接觸不良。二是引線接頭與繞組引線間的壓接或焊接工藝不良而引起的過(guò)流截面不足或者接觸電阻過(guò)大，從而發(fā)生發(fā)熱故障。

內(nèi)部故障隱蔽性較高、在電力部門引進(jìn)紅外線熱像技術(shù)作為溫度測(cè)試手段前，只有貼示溫臘和值班巡視或夜間熄燈檢查的肉眼法觀測(cè)接頭變化來(lái)判斷運(yùn)行中的熱故障。由于上述辦法有一定的局限性：白天一般性發(fā)熱看不出來(lái)，受設(shè)備的構(gòu)架、附件遮擋或接頭隱蔽處受視線角度限制，往往不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)某些運(yùn)行中的熱故障。因此這種熱故障容易長(zhǎng)期存在，并不斷惡化，并且這種發(fā)熱故障會(huì)使變壓器的油溫升高，加快變壓器油的老化速度，影響變壓器本體的運(yùn)行。因此以上方法不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理隱患，將造成不必要的損失。

接到故障通知后，為了能更準(zhǔn)確和快速地發(fā)現(xiàn)發(fā)熱故障點(diǎn)，縮短檢修工作時(shí)間，使變壓器盡快恢復(fù)正常運(yùn)行，我們?cè)俅斡眉t外線熱像儀隊(duì)套管進(jìn)行了檢測(cè)。從拍攝下來(lái)的圖片看發(fā)熱點(diǎn)最高溫度為114℃，最高溫度點(diǎn)在導(dǎo)電頭的下部。我們卻認(rèn)為是內(nèi)部接頭發(fā)熱引起的。

根據(jù)以上情況我們立即進(jìn)行了工作準(zhǔn)備。配備了新的導(dǎo)電頭、引線接頭，密封膠圈，儲(chǔ)油罐，壓榨式濾油機(jī)，濾油紙，烘干箱，220kV套管架和適量的備用#25變壓器油以及其他備用材料和工具（8噸吊車、鋼絲繩、麻繩、套筒扳手、力矩扳手、氧氣、乙炔、磷銅焊條、銅絲、焊接工具等）。在辦理工作許可手續(xù)后，我們首先拆除變壓器發(fā)熱故障套管的外部引線和接通變壓器放油閥至壓榨式濾油機(jī)到儲(chǔ)油罐的放油管路，接通濾油機(jī)的電源（注意轉(zhuǎn)向是否正確）。關(guān)閉變壓器本體油枕與油箱本體的門。打開變壓器放油閥，打開變壓器油箱的瓦斯繼電器排氣孔，通過(guò)濾油機(jī)對(duì)本體油進(jìn)行過(guò)濾和收集。當(dāng)變壓器本體的油位下降至低于套管升高座時(shí)停止排油，關(guān)閉放油閥，讓濾油機(jī)對(duì)儲(chǔ)油罐內(nèi)的變壓器油進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾。同時(shí)進(jìn)行套管的起吊工作，由于吊車的起吊速度比較快，在起吊過(guò)程中容易發(fā)生套管與變壓器油箱內(nèi)附件或者升高座法蘭的碰撞、摩擦而損壞套管。所以在吊車吊鉤上掛兩個(gè)手拉鏈條葫蘆，進(jìn)行人工控制套管起吊的速度和角度的辦法。做好起吊準(zhǔn)備后，先拆掉導(dǎo)電頭與套管的四個(gè)密封螺栓，擰下導(dǎo)電頭，用Φ12mm的專用螺栓的螺牙端擰到引線頭的螺紋上另一端的環(huán)孔上，并穿進(jìn)干凈的尼龍繩，在取出定位圓柱銷和定位螺母。然后擺正吊車吊臂吊鉤位置，在套管法蘭盤上的吊環(huán)上扣好其吊鋼絲繩（此時(shí)起吊葫蘆的主鏈要放在最長(zhǎng)位置），吊車緩慢地收緊鋼絲繩，從縱橫兩個(gè)方向觀察吊鉤與吊環(huán)是否垂直，及時(shí)調(diào)整擺正。再把套管傾斜角度調(diào)節(jié)葫蘆拉到適當(dāng)緊度，保持套管的原來(lái)角度，擰掉套管安裝法蘭上的螺栓，用起吊葫蘆徐徐吊起。并及時(shí)調(diào)整套管與升高座軸向的角度，使它們保持一致，盡量避免套管受到磨擦。同時(shí)要有人牽住尼龍繩，使繞組引線慢慢落下，當(dāng)套管末端調(diào)離升高座時(shí)，將引線頭上的尼龍繩解開，并用尼龍薄膜包好引線及升高座法蘭孔。

通過(guò)對(duì)導(dǎo)電頭和引線接頭的檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)在繞組引線接頭的壓接部位，此接頭已嚴(yán)重發(fā)熱變黑。這是由于壓接長(zhǎng)度不夠和選擇的壓接方式不當(dāng)及壓接工藝不良引起的嚴(yán)重發(fā)熱故障。經(jīng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)氣壓接長(zhǎng)度不足50mm（引線接頭與繞組引線連接長(zhǎng)度應(yīng)該達(dá)到100mm以上）。采用的是點(diǎn)壓方式（對(duì)通過(guò)大電流的壓接頭應(yīng)該采用六角形圍壓，使壓接頭能全身都緊密連接），而且壓接工藝不良，沒(méi)有完全壓接到位，只壓接到兩點(diǎn)。導(dǎo)致接觸面不足，接觸電阻過(guò)大，當(dāng)大電流通過(guò)此接頭時(shí)導(dǎo)致發(fā)熱，加快了接觸面的氧化，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱。

為了保險(xiǎn)起見，我們決定采用現(xiàn)場(chǎng)焊接的處理辦法。老式變壓器套管引線接頭的焊接方法是采用錫焊接，當(dāng)溫度達(dá)到錫的熔點(diǎn)200℃時(shí)，錫開始溶解成焊珠，順著套內(nèi)腔落入變壓器油箱內(nèi)。隨著變壓器油的循環(huán)，焊珠可能會(huì)造成變壓器繞組匝間的短路，也可能造成鐵芯的多點(diǎn)接地。其危害性相當(dāng)嚴(yán)重。所以這次我們采用磷銅焊接的方法，銅的熔點(diǎn)比較高，達(dá)到了1080℃，遠(yuǎn)高于錫的熔點(diǎn)。用此焊接方法不但可以解決接頭不牢靠的問(wèn)題。我們把引線和引線接頭的管內(nèi)打磨光潔后，把引線插入引線和引線接頭的管內(nèi)再用銅線來(lái)填充多余的空隙。焊接時(shí)把引線接頭倒立放置固定。用焊槍對(duì)固定部位進(jìn)行周身均勻加熱，待達(dá)到焊接溫度時(shí)，再用磷銅焊條熔入引線接頭管內(nèi)填充焊接，直至填滿為止。當(dāng)焊水冷卻凝固時(shí)，就可以把引線和引線接頭牢固的焊接在一起，足以達(dá)到連接要求和抗擊安裝導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的扭矩，避免松動(dòng)。經(jīng)過(guò)必要的清潔檢查修復(fù)包扎處理后，我們將套管重新安裝回原位。將變壓器油注回變壓器，進(jìn)行排氣及外部清潔，在變壓器靜置24小時(shí)后，進(jìn)行二次排氣并觀察油位是否正常，隨后對(duì)進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)和油樣試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，主變重新投入運(yùn)行。當(dāng)負(fù)荷達(dá)到正常時(shí)，運(yùn)行人員對(duì)變高套管進(jìn)行了紅外測(cè)溫，三相運(yùn)行溫度均為30℃左右，運(yùn)行正常。

2 套管的引線與引線接頭的壓接配合

引線與引線接頭的壓接匹配：（1）引線接頭管的內(nèi)徑與引線截面要匹配；（2）應(yīng)按規(guī)程規(guī)定油足夠的壓接長(zhǎng)度以及保證接觸面積和接觸質(zhì)量的良好性；（3）合理選擇壓接方式，通過(guò)大電流的接頭，應(yīng)該采用六角形圍壓、保證接頭周身全接觸緊密，接觸良好可靠。同時(shí)還要注意壓縮量，因?yàn)樽儔浩鞯睦@組引線多采用多股軟銅線，線徑越小股數(shù)就越多，股與股的縫隙就越多，壓縮量就越大，所以此類接頭壓接時(shí)就要比較通常的股數(shù)少單股線徑大的銅鋁絞線的壓縮量要加大，才能達(dá)到接觸良好的

目的。

引線與引線接頭的焊接匹配：（1）焊接前應(yīng)把焊接部位打磨光潔；（2）焊接時(shí)要對(duì)焊接部位通身均勻的加熱，掌握好火候，熔化的磷銅焊水，應(yīng)從頂部流入，填充滿焊水以后還需要在接頭外圍均勻加熱，觀察焊水是否減少判斷里面的空隙是否全部填滿及焊接，以確保接觸面積足夠和接觸良好。

3 結(jié)語(yǔ)

為了避免套管發(fā)熱現(xiàn)象，首先要加強(qiáng)和提高制造及安裝工藝水平，避免制造和安裝不當(dāng)造成接觸不良，運(yùn)行人員要加強(qiáng)巡視檢查及巡視到位，定期進(jìn)行紅外測(cè)溫，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，確保設(shè)備正常安全運(yùn)行。其次在檢修過(guò)程中要嚴(yán)格按照檢修規(guī)程的規(guī)定，避免因?yàn)闄z修工藝的問(wèn)題造成再次的事故。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹曉華.變壓器電容型套管接頭發(fā)熱現(xiàn)象分析[J].變壓器，2003，（40）.