淺談110kV 變壓器套管常見故障

陳偉平

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳518000）

0 前言

變壓器套管是變壓器載流元件之一，它將變壓器內(nèi)部的高、低壓引線引到油箱的外部，它不但作為引線對地的絕緣，而且擔(dān)負(fù)著固定引線的作用，具有足夠的電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度；并且在變壓器運(yùn)行過程中，變壓器套管長期通過負(fù)載電流，當(dāng)變壓器外部發(fā)生短路時(shí)，短路電流從套管通過，保證了變壓器對電能的正常傳輸，保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 套管故障發(fā)生的經(jīng)過

110kV 湯坑站#1 主變變高中性點(diǎn)套管發(fā)生故障， 套管內(nèi)的導(dǎo)電桿頂開瓷套管的頂蓋，并暴露在空氣中，有5cm 左右的導(dǎo)電桿暴露在空氣中，主變真空度破壞，主變有隨時(shí)跳閘危險(xiǎn)。經(jīng)過部門領(lǐng)導(dǎo)與調(diào)度的共同協(xié)調(diào)，決定立刻緊急停電處理故障，經(jīng)過檢修班組人員的及時(shí)搶修后恢復(fù)了供電。

2 處理套管故障前原因判斷

在現(xiàn)場我們了解到，因?yàn)?1 主變運(yùn)行時(shí)負(fù)荷高，幾乎是滿負(fù)荷運(yùn)行，溫度過高，可能導(dǎo)致套管內(nèi)的油紙式電容絕緣紙與導(dǎo)電桿發(fā)生局部放電，使導(dǎo)電桿頂出套管的上蓋。主變密封性能及真空度破壞，空氣進(jìn)入主變內(nèi)部，瓦斯保護(hù)隨時(shí)有故障跳閘可能，嚴(yán)重影響主變的安全穩(wěn)定運(yùn)行。套管中的油漏出來，缺少絕緣油運(yùn)行的主變套管，隨時(shí)有絕緣擊穿，甚至有爆炸可能。 初步總結(jié)出可能原因：一是，110kV 湯坑站#1 主變變高中性點(diǎn)套管的內(nèi)部絕緣材料質(zhì)量在長時(shí)間運(yùn)行后可能出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致導(dǎo)電桿處局部放電，發(fā)熱，油過熱膨脹頂開套管頂蓋；二是，可能套管頂蓋的密封設(shè)計(jì)不夠牢固，或出廠、安裝時(shí)未裝設(shè)牢固。

3 套管缺陷故障處理

由于是緊急搶修，所以采取是直接更換新的變壓器套管。 現(xiàn)場做好工作準(zhǔn)備和危險(xiǎn)點(diǎn)分析控制措施，準(zhǔn)備檢修時(shí)所需的工具、吊車設(shè)備以及更換部件、消耗品。

對110kV 湯坑站#1 主變變高中性點(diǎn)套管采取放盡舊套管的變壓器油，然后用吊車吊出舊的套管，更換上已檢查過的新套管的處理措施；搶修工作過程中要注意防止水分雜質(zhì)等進(jìn)入主變內(nèi)部，要用干凈的薄膜密封好。經(jīng)更換上新的套管，是由各個(gè)專業(yè)的檢查測試合格，再對主變器進(jìn)行濾油，靜止，再送電恢復(fù)運(yùn)行。

4 對套管解體分析

通過對套管解體后， 發(fā)現(xiàn)套管內(nèi)部導(dǎo)電桿有明顯的燒損的痕跡，應(yīng)該是油紙式電容絕緣紙與導(dǎo)電桿放生局部放電使導(dǎo)電桿頂出套管的上蓋，使得套管中的油漏出來。 而通過此次套管的解體也可進(jìn)一步了解變壓器油紙電容式套管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

其結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，它由內(nèi)部的電容芯子，頭部的儲油柜、上瓷套、中部的安裝法蘭、下瓷套和尾部的均壓球組成。套管整體用頭部的強(qiáng)力彈簧通過導(dǎo)管，并借助于底座串壓而成。

1）電容芯子是套管的重要部分，是由0.08-0.12mm 厚的電纜紙和0.01mm 厚的鋁箔加壓力交替在導(dǎo)電桿上成型。 鋁箔是在電纜紙的層間每隔一定厚度（為1.2－2.2mm）放一層，形成與中心導(dǎo)管并列的同心圓柱體電容屏。 屏數(shù)可為10－60，電壓等級越高，屏數(shù)愈多，電場愈均勻。 便屏數(shù)過多，電場分布改善效果不顯著，同時(shí)造成制造工藝復(fù)雜。為了提高局部放電電壓，鋁箔的邊緣常采用半導(dǎo)體紙鑲邊的方法。 電容芯子加工完成后要經(jīng)真空干燥浸油處理，以消除電容芯子內(nèi)殘存的水分和空氣泡，提高絕緣性能和降低電容芯子的局部放電量。

2）導(dǎo)電桿一般是鋼管，其既是電容芯子的骨架，又是電纜引線穿過的通道，必要時(shí)可作為零屏。但電壓高是，一般都把電容芯子中最里屏作為零屏，并與導(dǎo)電桿連成同電位，即帶電端。電容芯子最外層的電容屏為地（末）屏。地（末）屏與安裝法蘭的連接是采用在地（末）屏靠近接地小套管處增加一層厚約為0.3mm、寬為50mm 的銅帶，在銅帶上焊接上一根軟絞線，使軟絞線穿過地（末）屏外層的電纜紙與接地小套管相連，接地小套管在試驗(yàn)時(shí)，可供測量套管的介損和測量變壓器局部放電時(shí)取信號之用，試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)使接地小套管與安裝法蘭一起接地，成為零電位。

圖1 油紙電容式套管結(jié)構(gòu)

3）頭部和儲油柜。 在電容芯子和瓷套之間的空隙間注滿變壓器油，需要在頭部裝設(shè)一個(gè)適應(yīng)變壓器油熱脹冷縮用的儲油柜。儲油柜的結(jié)構(gòu)是全密封的，儲油柜的上部的氣室起緩沖作用。 儲油柜上有一注油塞，當(dāng)油位降低時(shí)可以注油。為了減少儲油柜上的渦流損耗，額定電流大于600A 時(shí)應(yīng)采用非導(dǎo)磁性材料制成。 當(dāng)油溫為20℃時(shí)，儲油柜上的油位應(yīng)在油表總商的2/3 處。

油紙電容式套管采用串壓方式壓緊，頭部結(jié)構(gòu)中需要有用于壓緊的強(qiáng)力彈簧。 強(qiáng)力彈簧應(yīng)均勻分布在導(dǎo)電桿的周圍，并均等地傳遞緊力，保證套管的密封性。

4）安裝法蘭是支撐整個(gè)套管用的，同樣當(dāng)額定電流大于600A 時(shí)應(yīng)采用非導(dǎo)磁性材料制成。

安裝法蘭上除了有接地小套管外，還有一個(gè)取油樣塞子，它是用一絕緣管直引到套管的底部，也就是說反映套管底部的油樣。 因?yàn)槿绻坠茴^部密封不良，水分一般會沉積在套管的底部。

5）尾部結(jié)構(gòu)。 油紙電容式套管具有下瓷套，最下端裝有一個(gè)均壓球用以改善電場分布，這樣可以縮水套管尾部與油箱或繞組之間的絕緣距離。 未進(jìn)入套管的引線部分絕緣應(yīng)包成錐形，安裝時(shí)要使錐形的前端進(jìn)入均壓球。

通過對套管解體分析， 造成管內(nèi)部導(dǎo)電桿有明顯的燒損的痕跡，應(yīng)該是油紙式電容絕緣紙與導(dǎo)電桿放生局部放電產(chǎn)生的。

總結(jié)歸納出套管發(fā)生故障的兩個(gè)主要的原因：一是，套管在出廠時(shí)密封安裝不夠嚴(yán)密、頂蓋設(shè)計(jì)不夠合理或裝設(shè)不夠牢固，在長時(shí)間運(yùn)行后膠墊圈密封不良，可能進(jìn)入水分，導(dǎo)致內(nèi)部絕緣下降從而發(fā)生局部放電絕緣擊穿，漏油現(xiàn)象。 二是， 套管在出廠做試驗(yàn)時(shí)特別是抽真空試驗(yàn)不徹底 （或環(huán)境因素影響），使屏間殘存空氣，套管在長期運(yùn)行后在高電場的作用下，內(nèi)部發(fā)生局部放電，導(dǎo)致絕緣層擊穿，造成事故。

5 套管其它常見故障原因分析及措施

1）套管表面臟污吸收水分后絕緣電阻降低，其后果是容易發(fā)生閃烙，造成跳閘。同時(shí)，閃絡(luò)也會損壞套管表面。臟污吸收水分后，導(dǎo)電性提高，不僅引起表面閃絡(luò)，還可能因泄漏電流增加，使絕緣套管發(fā)熱并造成瓷質(zhì)損壞，甚至擊穿。

2）由于套管膠墊密封失效、油紙電容式套管頂部密封不良，可能導(dǎo)致進(jìn)水，使絕緣擊穿，下部密封不良使套管滲油，導(dǎo)致油面下降。 套管密封失效的原因主要有兩個(gè)方面： 一是由于檢修人員經(jīng)驗(yàn)不足，緊固力不夠；二是由于超周期運(yùn)行或是膠墊質(zhì)量存在缺陷。其他諸如，接地小套管故障；套管本身結(jié)構(gòu)不合理，且存在缺陷。 比如，有的變電所主變套管，由于引線與引線頭焊接采用錫焊，套管導(dǎo)壓管為鋁管，導(dǎo)線頭為銅制，這種銅鋁連接造成接觸電阻增大。

3）人為原因、套管大修中，抽真空不徹底，有殘存空氣，運(yùn)行后在高電場作用下，發(fā)生局部放電，甚至導(dǎo)致絕緣層擊穿，造成事故。再有，套管頭部結(jié)構(gòu)安裝不合理。 例如導(dǎo)線頭與防雨帽接觸不緊密；防雨帽與接線鼻子不緊密；接線鼻子與接線板接觸不良等，造成接觸電阻增大，引線接頭發(fā)熱燒結(jié)。

4）套管在驗(yàn)收時(shí)未認(rèn)真檢查末屏接地情況是否良好，或試驗(yàn)時(shí)打開末屏接地后未恢復(fù)完好， 造成套管末屏蓋內(nèi)壓緊彈簧緩慢氧化銹蝕，漸漸失去彈性導(dǎo)致末屏導(dǎo)電桿沒有可靠與蓋內(nèi)接地金屬片有效接觸，造成末屏接地不良，甚至有放電。

針對這些缺陷制定了如下具體措施：

1）針對套管油樣不合格、含乙炔氣等缺陷采取的措施是：對新進(jìn)套管要嚴(yán)格檢驗(yàn)，避免人為因素引起故障。

2）針對套管密封不良、有進(jìn)入氣體或滲油現(xiàn)象采取的措施是：通過更換膠墊保持密封，使套管無滲漏。

3）針對套管頭部過熱等缺陷可采用的具體措施是變銅鋁過渡為銀銅接觸，從而減小氧化作用。 另外，在拆、接、引過程中，要注意檢查各部位是否連接良好，采用導(dǎo)電脂，減小其接觸電阻，從而杜絕其過熱現(xiàn)象。 在運(yùn)行時(shí)要加強(qiáng)巡視，利用紅外測溫儀對套管進(jìn)行探溫測量。

4）套管末屏接地不良或有放電跡象，可檢查壓緊彈簧，如氧化生銹應(yīng)對彈簧除銹或直接更換新的彈簧，然后可用萬用表及搖表重復(fù)測量其對地是否接通良好。

6 結(jié)束語

變器套管在運(yùn)行中，由于各種原，油紙電容式套管時(shí)不時(shí)會發(fā)故障或缺陷。對此，檢修維護(hù)人員應(yīng)做到：利用一切變壓器停電機(jī)會檢查套管，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，消除隱患；采用高科技產(chǎn)品導(dǎo)電脂，降低接觸面電阻，防止套管頭部發(fā)熱燒損：嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，所購檢修維護(hù)材料需經(jīng)有關(guān)方面驗(yàn)收認(rèn)可；提高檢修工作人員專業(yè)技能，確保在一次設(shè)備驗(yàn)收時(shí)要嚴(yán)格認(rèn)真。因此，我們只有全面了解和熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析總結(jié)，才能快速、有效處理缺陷，才能更好的確保設(shè)備及電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

致謝

感謝廖偉興班長對變壓器套管常見故障分析過程中給予了許多指導(dǎo)，對本文提供了寶貴意見，謹(jǐn)此致謝。