兩起110 kV穿墻套管介損超標(biāo)的原因分析

劉夢(mèng)娜

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州510080)

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兩起110 kV穿墻套管介損超標(biāo)的原因分析

劉夢(mèng)娜

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州510080)

高壓穿墻套管是一種比較常見的電氣設(shè)備，運(yùn)行中的高壓套管一旦絕緣損傷，則可能發(fā)生閃絡(luò)、放電，嚴(yán)重時(shí)可能造成絕緣擊穿，給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來巨大的損失。電容式套管介損測(cè)量是判斷套管絕緣狀況的一項(xiàng)重要手段，通過對(duì)兩起110 kV 干式穿墻套管例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的異常情況進(jìn)行診斷性試驗(yàn)(主要進(jìn)行主絕緣電阻、末屏絕緣電阻、主絕緣介損、末屏對(duì)地介損測(cè)量及數(shù)據(jù)對(duì)比分析)及其套管的解體檢查，找出缺陷原因，提出預(yù)防穿墻套管發(fā)生故障的防范措施，從而提高系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

穿墻套管；解體分析；介損超標(biāo)；防范措施；密封不良

高壓穿墻套管是一種比較常見的電氣設(shè)備，當(dāng)高壓回路需要穿越各種材料的墻體、箱體或設(shè)備外殼時(shí)，應(yīng)保證高壓回路與墻體、箱體或設(shè)備外殼之間處于絕緣狀態(tài)，不產(chǎn)生放電漏電現(xiàn)象。運(yùn)行中的高壓套管一旦絕緣損傷，則可能發(fā)生閃絡(luò)、放電，嚴(yán)重時(shí)可能造成絕緣擊穿，給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來損失。介質(zhì)損耗是指絕緣材料在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗，簡(jiǎn)稱介損tgδ[1]。電容式套管介損測(cè)量是判斷套管絕緣狀況的一項(xiàng)重要手段，由于套管體積較小，電容量較小，因此測(cè)量絕緣介損可以比較靈敏地反映套管劣化或受潮及某些貫通和未貫通的局部缺陷[2]。

1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常情況

對(duì)110 kV甲變電站(以下簡(jiǎn)稱“甲站”) 3號(hào)主變壓器高壓側(cè)穿墻套管進(jìn)行預(yù)試試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)V相穿墻套管末屏對(duì)地絕緣電阻值為30 MΩ，遠(yuǎn)小于中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“南網(wǎng)”)預(yù)試規(guī)程要求的1 000 MΩ，末屏對(duì)地介損tgδ′=33.23%，大于規(guī)程要求的2%。對(duì)110kV乙變電站(以下簡(jiǎn)稱“乙站”)110kVBFJT線線路側(cè)穿墻套管預(yù)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)V相穿墻套管末屏對(duì)地絕緣電阻值為80MΩ，末屏對(duì)地介損tgδ′=20.1%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均不合格。穿墻套管為復(fù)合外套型，初步判斷為金屬法蘭與復(fù)合外套粘合處密封不嚴(yán)，法蘭內(nèi)部受潮引起。

2　解體情況分析

2.1甲站3號(hào)主變壓器110 kV側(cè)V相穿墻套管(1號(hào)套管)

對(duì)3號(hào)主變壓器110 kV側(cè)V相穿墻套管進(jìn)行了如下處理工作：

a) 設(shè)備外觀檢查，傘裙無明顯破損，法蘭完好，無破損、裂紋，末屏線無損傷。

b) 測(cè)試1號(hào)套管實(shí)際電容量、主絕緣介損tgδ、主絕緣電阻R、末屏絕緣電阻R′和末屏對(duì)地介損tgδ′，測(cè)試采用了濟(jì)南泛華儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的AI-6000L型介損測(cè)試儀，以及日本共立儀器電器株式會(huì)社生產(chǎn)的3121電動(dòng)搖表，兩種設(shè)備有效期至2015-06-10(以下復(fù)測(cè)采用相同測(cè)試儀，不再說明)。測(cè)試結(jié)果見表1。

表1110 kV側(cè)V相穿墻套管解體前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(套管出廠編號(hào)為1011162)

內(nèi)容參數(shù)規(guī)程要求銘牌電容量/pF實(shí)際電容量/pF電容量差/%主絕緣介損tgδ/%主絕緣電阻R/MΩ末屏絕緣電阻R'/MΩ末屏對(duì)地介損tgδ'/%231230.900.040.016100000380030.481.110kV及以上套管主絕緣電阻R不應(yīng)低10000MΩ,末屏對(duì)地絕緣電阻R'不應(yīng)低于1000MΩ2.當(dāng)電容型套管末屏對(duì)地絕緣電阻R'低于1000MΩ時(shí),末屏對(duì)地介損tgδ'不大于2%

注：從各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出，末屏對(duì)地介損tgδ′不在規(guī)程要求合格范圍內(nèi)。

c) 拆除兩端導(dǎo)電線夾、均壓球和絕緣墊圈，剝除外護(hù)套，露出主絕緣熱縮管。

d) 再次測(cè)試套管實(shí)際電容量、主絕緣介損tgδ、主絕緣電阻R、末屏絕緣電阻R′和末屏對(duì)地介損tgδ′，所得結(jié)果見表2。

e) 拆除法蘭筒兩端固定芯體用的瓦片，每端3片，共6片，松脫法蘭頂絲，解開末屏接地端子，將電容芯體與法蘭筒整體分離，發(fā)現(xiàn)法蘭內(nèi)部、末屏引線、熱縮管表面有潮氣、水珠、進(jìn)水、發(fā)霉、受損等現(xiàn)象。該產(chǎn)品制造安裝過程中套管與法蘭的固定和密封方式是套管穿過法蘭筒后，往筒體與套管間隙間塞入瓦片，通過頂絲調(diào)節(jié)間隙，使套管在法蘭筒正中穿過，間隙相等，瓦片起到固定套管作用，再在瓦片外沿四周填充密封膠，從而使筒體與外界隔離。

表2　110 kV側(cè)V相穿墻套管解體前復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)(套管出廠編號(hào)為1011162)

注：從各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出，破除外護(hù)套后，末屏對(duì)地介損tgδ′，依然不在規(guī)程要求合格范圍，表明末屏引線或末屏有受潮，需進(jìn)一步將芯體與法蘭分離確認(rèn)，對(duì)套管進(jìn)行拆除處理。

f) 單獨(dú)熱縮管和芯體，測(cè)試套管實(shí)際電容量、主絕緣介損tgδ、主絕緣電阻R、末屏絕緣電阻R′和末屏對(duì)地介損tgδ′，末屏對(duì)地介損tgδ′依然不合格，表明熱縮管和內(nèi)部的末屏存在受潮現(xiàn)象。

g) 剝除熱縮管，露出電容芯體，白色的為外聚四氟乙烯絕緣帶，黑色為絕緣保護(hù)層，其中芯體表面呈油狀的液體為硅油，檢查末屏與末屏線連接位置，引線采用銅編織帶攤開細(xì)銅線，平鋪在銀色鋁箔表面再用聚四氟乙烯絕緣帶不斷纏繞的方式固定，引出至熱縮管上時(shí)在其內(nèi)側(cè)熱敷固定。分段測(cè)試末屏對(duì)地介損，所得結(jié)果見表3。

表3電容芯體測(cè)試

測(cè)試次數(shù)測(cè)試位置末屏對(duì)地介損δ'/%結(jié)論1末屏至室內(nèi)1/3側(cè)13.00不合格2末屏至室內(nèi)1/2側(cè)9.863不合格3末屏至室內(nèi)2/3側(cè)10.68不合格4末屏至室外1/2側(cè)1.087合格

注：從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，戶內(nèi)側(cè)末屏對(duì)地介損tgδ′數(shù)據(jù)不合格，但室外側(cè)末屏對(duì)地介損tgδ′數(shù)據(jù)反而合格(1.087%)，說明戶外側(cè)熱縮管密封效果比戶內(nèi)側(cè)好，水分從戶內(nèi)側(cè)熱縮管處滲透到電容芯體內(nèi)部。

h) 對(duì)末屏至室內(nèi)1/8處測(cè)試末屏對(duì)地介損，測(cè)出末屏對(duì)地介損tgδ′=33.34%，然后用酒精對(duì)末屏外聚四氟乙烯帶表面周圍進(jìn)行擦拭清潔，清除表面受潮水分與硅油的混合物，正接法再次測(cè)試末屏對(duì)地介損，測(cè)出末屏對(duì)地介損tgδ′=1.436%，數(shù)據(jù)合格，可見，水分已侵入電容芯體，末屏表面已經(jīng)受潮，但只是芯體表面至末屏段受潮，未傷及更深層次的內(nèi)部主絕緣，所以主絕緣介損及絕緣合格。

i) 逐層拆解聚四氟乙烯帶及鋁箔屏，大約每隔13層聚四氟乙烯帶有一層鋁箔電容屏，直至露出導(dǎo)體，觀察主絕緣及導(dǎo)體外觀完好，沒有放電、碳化等現(xiàn)象，如圖1(a)、(b)所示。

圖1　主絕緣內(nèi)部情況

從以上分析可以得出，套管受潮是由于絕緣外護(hù)套與法蘭密封不良、外界水分從瓦片和頂絲處滲入法蘭內(nèi)部且不能排出導(dǎo)致。由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，水分從熱縮管表面滲透至內(nèi)部聚四氟乙烯薄膜，從而導(dǎo)致末屏受潮，與本身的硅油結(jié)成油水混合物，附著在絕緣薄膜表面，影響末屏絕緣介損，如不處理，流動(dòng)的受潮液態(tài)硅油將進(jìn)一步往主絕緣內(nèi)部的聚四氟乙烯帶及鋁箔屏滲透，直至絕緣擊穿。

2.2110 kV乙站110 kV BFJT線線路側(cè)V相穿墻套管

對(duì)110 kV乙站110 kV BFJT線線路側(cè)V相穿墻套管進(jìn)行如下處理工作：

a) 該穿墻套管結(jié)構(gòu)與上一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類似，檢查設(shè)備外觀，傘裙無明顯破損，法蘭完好無破損、裂紋，末屏線無損傷。

b) 測(cè)試套管實(shí)際電容量、主絕緣介損tgδ、主絕緣電阻R、末屏絕緣電阻R′和末屏對(duì)地介損tgδ′，所得結(jié)果見表4。

c) 拆除兩端導(dǎo)電線夾及均壓球，剝除外護(hù)套，露出主絕緣熱縮管。

d) 套管末屏對(duì)地介損tgδ′=20.1%，不合格，可見末屏或末屏引線存在受潮。

表4　110 kV BFJT線線路側(cè)V相穿墻套管解體前的測(cè)試(套管出廠編號(hào)為B202572)

注：從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，主絕緣介損tgδ及末屏對(duì)地tgδ均不在規(guī)程要求的合格范圍內(nèi)。

e) 用砂輪機(jī)剖開法蘭筒，發(fā)現(xiàn)法蘭筒與環(huán)氧樹脂的結(jié)合面有明顯滲水痕跡，法蘭筒里面有潮氣、水珠、進(jìn)水、發(fā)霉、受損等現(xiàn)象(如圖2至圖4所示)。該套管與法蘭筒的固定和密封方式與上一產(chǎn)品不同，在制造安裝中，套管穿過法蘭筒后，先用棉布塞入筒體內(nèi)，再往筒體內(nèi)注入環(huán)氧樹脂，靜止干后固化，環(huán)氧樹脂起到固定套管和與外界隔離密封作用。

圖2 剖開法蘭筒圖3 套管與法蘭筒的密封固定方式

圖4　法蘭筒內(nèi)部受潮、發(fā)霉

f) 去除環(huán)氧樹脂和棉布，用熱風(fēng)機(jī)及熱風(fēng)槍烘干末屏引線根部的潮氣部分，并用酒精清潔后，再次測(cè)試末屏對(duì)地介損，tgδ′=1.2%，數(shù)據(jù)恢復(fù)合格。

從以上分析可以得出結(jié)論：由于靠近法蘭筒的絕緣護(hù)套與法蘭筒結(jié)合密封不好，固態(tài)環(huán)氧樹脂與金屬法蘭筒的膨脹系數(shù)不同，長(zhǎng)期運(yùn)行后兩者間存在縫隙，靠近室外部分的水分通過此間隙流入法蘭筒內(nèi)部，從而導(dǎo)致末屏引線受潮，影響末屏對(duì)地介損，但水分未進(jìn)入熱縮管內(nèi)部，末屏及主絕緣未有受潮。

3　防范措施

運(yùn)行中的高壓套管一旦絕緣損傷，則可能發(fā)生閃絡(luò)、放電，嚴(yán)重時(shí)可能造成絕緣擊穿，給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來巨大的事故，必須防范于未然，具體的防范措施如下：

a) 兩起套管介損超標(biāo)均是由于密封不良導(dǎo)致，針對(duì)已投運(yùn)的同類穿墻套管，應(yīng)適當(dāng)縮短例行試驗(yàn)周期，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常及時(shí)更換。

b) 對(duì)運(yùn)行套管安裝末屏接地電流帶電監(jiān)測(cè)裝置，在不停電的情況下，定期開展帶電測(cè)試及時(shí)監(jiān)測(cè)末屏的接地電流。

c) 加強(qiáng)對(duì)新投設(shè)備套管封裝密封工藝的評(píng)估與把關(guān)，杜絕不合格產(chǎn)品進(jìn)入電網(wǎng)。

4　結(jié)束語

高壓穿墻套管運(yùn)行中一旦絕緣損傷，將發(fā)生閃絡(luò)、放電，嚴(yán)重時(shí)可能造成絕緣擊穿，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。通過對(duì)兩起110kV干式穿墻套管例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的異常情況進(jìn)行診斷性試驗(yàn)和解體檢查，排除隱患，找出缺陷原因，提出預(yù)防干式穿墻套管發(fā)生故障的防范措施。

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(編輯王夏慧)

Reason Analysis for Two Cases of Dielectric Loss Over-standard of 110 kV Wall Bushings

LIU Mengna

(Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510080, China)

High voltage wall bushing is a kind of common electric equipment which is probably to flashover and discharge once there is insulation deterioration in its operation, even in serious case, it is likely to cause insulation breakdown due to the above faults, which may bring great loss to security of the power system. Measurement on dielectric loss of capacitor bushing is one of important method for judging insulation state of the bushing, this paper tries to find out reasons for defects by diagnostic experiments on abnormalities of routine experimental data of two cases of 110 kV dry wall bushings including measurement on the major insulation resistance, end shield insulation resistance, the major insulation dielectric loss and end shield grounding dielectric loss as well as data comparison analysis. It also conducts disassembling check on the defected bushings and proposes precautionary measures for preventing failures in wall bushings so as to improve security of the power system.

wall bushing; disassembling analysis; dielectric loss over-standard; precautionary measure; sealing fault

2016-03-02

2016-05-16

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.08.024

TM216.5

B

1007-290X(2016)08-0125-04

劉夢(mèng)娜(1987)，女，湖南婁底人。工程師，工學(xué)碩士，主要從事高電壓技術(shù)工作。