一起變壓器套管末屏缺陷診斷及建議

王統(tǒng)賓

(國網(wǎng)甘肅省電力公司慶陽供電公司，甘肅 慶陽 745000)

一起變壓器套管末屏缺陷診斷及建議

王統(tǒng)賓

(國網(wǎng)甘肅省電力公司慶陽供電公司，甘肅 慶陽 745000)

介紹了某110 kV變壓器套管缺陷的發(fā)現(xiàn)、診斷及套管解體檢查的整個(gè)過程，分析未能盡早發(fā)現(xiàn)缺陷的原因，指出早期生產(chǎn)的變壓器套管應(yīng)按狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程執(zhí)行，并對變壓器套管做油中氣體色譜分析試驗(yàn)，確保設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

變壓器；電容式套管；色譜分析

1 概述

變壓器是電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)電壓轉(zhuǎn)換、電能傳輸和終端分配的重要電力設(shè)備。變壓器套管是大型電力變壓器的主要附件之一，是變壓器的重要絕緣部件。由于變壓器套管體積小、充油量少、一般只有幾十kg，但電壓承受等級卻很高，一旦發(fā)生故障，特別是油浸紙絕緣電容式套管，必將造成變壓器損壞；且由于變壓器套管數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)周期長、檢修難度大，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重故障可能在短期內(nèi)無法修復(fù)，將嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行。

110 kV及以上電力變壓器高壓出線套管多為油浸紙絕緣電容式套管，它可將變壓器內(nèi)部的高壓引線引至油箱外部的出線裝置，既可對地絕緣，又可固定引線。變壓器套管是載流元件之一，長期通過負(fù)載電流，因此必須具有良好的熱穩(wěn)定性，以承受短路時(shí)的瞬間過熱；同時(shí)還應(yīng)滿足體積小、重量輕、通用性強(qiáng)、密封性能好且便于維護(hù)檢修等特點(diǎn)，即套管必須具有足夠的電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度。

對多年的全國電力變壓器事故數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示：高壓套管本身發(fā)生的事故或因其導(dǎo)致變壓器發(fā)生的事故約占變壓器年總事故的15 %。各種事故表明：出線套管是變壓器絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生事故就會危及變壓器的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至可能發(fā)生爆炸或引起火災(zāi)。對油浸紙絕緣電容式套管長期運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)存在套管密封墊圈老化、套管漏油、滲水、維護(hù)不到位等現(xiàn)象，造成套管電氣絕緣性能下降。因此，應(yīng)對運(yùn)行中的油浸紙絕緣電容式套管加強(qiáng)監(jiān)視，及時(shí)進(jìn)行檢修、維護(hù)及試驗(yàn)，提前采取防范措施，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 油浸紙絕緣電容式套管結(jié)構(gòu)及工作原理

油浸紙絕緣電容式套管由內(nèi)部的電容芯子、導(dǎo)管和頭部的儲油柜，中部的安裝法蘭，尾部的均壓球等組成。套管絕緣由內(nèi)、外絕緣構(gòu)成。外絕緣指的是套管外絕緣瓷套，是盛裝變壓器油的容器；內(nèi)絕緣指電容芯子，其絕緣層以導(dǎo)電桿中心線為軸心。電容芯子是由絕緣紙和鋁箔電極在導(dǎo)電管上卷繞而成的同心圓柱型串聯(lián)電容器，經(jīng)真空干燥除去其內(nèi)部的空氣與水分，并用變壓器油充分浸漬處理后成為電氣性能極高的油紙組合絕緣體。導(dǎo)管是銅管，既是電容芯子的骨架，又是電纜引線的通道，也可作第一屏(零屏)。通常把最里面的電容屏作為零屏，零屏上端與導(dǎo)管相連。電容芯子最外邊的電容屏為末屏(地屏)。在套管中心，銅導(dǎo)電管處于額定電壓電位，而其最外側(cè)接近接地法蘭處是地電位。電容式結(jié)構(gòu)可以利用電容分壓原理調(diào)整電場，使套管中心銅管與接地法蘭間的徑向和軸向電場分布最均勻，保證套管的局部放電量很低，電位由中心的最高電位降低到最外側(cè)的地電位。

末屏在接地小套管處卷上銅帶，銅帶與接地小套管銅棒直接接觸，接觸面為平面，接觸壓力來源于銅棒后面的彈簧，接地小套管另一端通過連接片或鐘罩與安裝法蘭一起接地。末屏在運(yùn)行中應(yīng)良好接地，如果由于各種原因造成末屏接地不良,則末屏對地會形成一個(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,造成末屏對地放電，燒毀附近的絕緣物，嚴(yán)重時(shí)還會引發(fā)套管爆炸事故。

3 某主變110 kV側(cè)套管缺陷狀況

2013-06-26，A公司電氣試驗(yàn)班在對某110 kV變電站2號主變進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該主變110 kV側(cè)B相套管電容量、介質(zhì)損耗因數(shù)均異常。套管銘牌參數(shù)及例行試驗(yàn)結(jié)果如表1～3所示。

表1 2號主變110 kV側(cè)套管銘牌參數(shù)

表2 2號主變110 kV側(cè)套管絕緣電阻測試MΩ

表3 2號主變110 kV側(cè)套管介損試驗(yàn)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，B相套管的一次對末屏的介損值變大、電容量很?。荒┢翆Φ氐慕閾p值超標(biāo)，電容量也很小。懷疑是因?yàn)樘坠艿哪┢僚c末屏測量端子之間的連接狀態(tài)不良，末屏對地形成一個(gè)遠(yuǎn)小于套管本身的電容，故在10 kV的測量電壓下測得套管的電容量很小。而在運(yùn)行的高電壓下，按照電容串聯(lián)原理，將在末屏與地之間形成較大的懸浮電壓，導(dǎo)致末屏對地放電，因此懷疑套管內(nèi)部在運(yùn)行時(shí)有放電現(xiàn)象。

對2號主變110 kV側(cè)三相套管取油樣進(jìn)行油中氣體色譜分析試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)B相套管油顏色深黃并有大量氣泡，其色譜試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 2號主變110 kV側(cè)套管油色譜試驗(yàn)ppm

從表4可以看到，三相套管內(nèi)部均存在放電現(xiàn)象，但放電程度有所不同。B相從火花放電發(fā)展到電弧放電，說明B相套管的末屏對地處于開路狀態(tài)；A，C相套管的末屏接地處于接觸不良的狀態(tài)。

4 套管返廠解體檢查情況

2013-07-25，B相套管返廠解體檢查，解體情況如下：

(1) B相套管放出的變壓器油變色，呈黃黑色；

(2) B相套管的末屏引出裝置的頂針因放電已經(jīng)燒熔；

(3) 套管解體電容芯子外觀發(fā)黑，電容芯子末屏處有直徑1 cm的孔洞。

由此可以判斷，放電產(chǎn)生的原因是該套管在裝配時(shí)，末屏引出裝置的頂針與套管的電容芯子末屏預(yù)留孔中心偏移過大，在變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)作用下，末屏引出裝置的頂針偏出預(yù)留孔，頂在絕緣紙上，造成末屏開路，產(chǎn)生十幾kV的電壓。導(dǎo)致套管末屏對末屏引出裝置的頂針放電，繼而引起電容芯子的極板貫穿性擊穿，使套管損壞。

5 分析及建議

2號主變110 kV側(cè)的三相套管在2011年的介損和電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，在本次例行試驗(yàn)中，也只發(fā)現(xiàn)B相套管存在問題。但在套管油色譜分析試驗(yàn)中卻發(fā)現(xiàn)3相套管均存在問題，B相套管的油中有大量的乙炔、氫氣、甲烷、乙烯、乙烷，這說明放電強(qiáng)度劇烈，放電時(shí)間已經(jīng)很長。

由此可以判斷，與電氣試驗(yàn)相比，油中氣體色譜分析試驗(yàn)具有更高的靈敏度，它可及早發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備的內(nèi)部缺陷。

為避免再次發(fā)生此類故障，建議采取如下措施。

(1) 建議套管生產(chǎn)廠家對這一批次套管的裝配工藝進(jìn)行分析及檢查，改進(jìn)裝配工藝，提高質(zhì)量。查明此批次套管是否存在家族性結(jié)構(gòu)缺陷，并及時(shí)告知相關(guān)的變壓器廠家和用戶。

(2) 對電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的所有變壓器充油高壓套管進(jìn)行排查，對于有可能是同一批次的套管應(yīng)盡快安排停電試驗(yàn)。

(3) 在進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)開展油中氣體色譜分析試驗(yàn)。

(4) 通過紅外成像等帶電監(jiān)測手段，對套管本體和末屏等易發(fā)熱部位進(jìn)行實(shí)時(shí)測溫，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷。

(5) 對110 kV及以上電壓等級的變壓器進(jìn)行檢修或例行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對套管末屏進(jìn)行重點(diǎn)檢查并及時(shí)處理異常情況。

1 Q/GDW1168—2013國家電網(wǎng)輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].

2 陳天翔，王寅仲．電氣試驗(yàn)(第二版)[M]．北京：中國電力出版社，2005.

2014-07-07。

王統(tǒng)賓(1974-)，男，助理工程師，主要從事變電運(yùn)檢工作，email：wddn@qq.com。