110 kV 主變套管末屏放電故障分析

余海泳

（國網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州 350009）

變壓器套管是將變壓器繞組引線連接到油箱外部的出線裝備，它是變壓器最重要輔件之一，同時，也是變壓器故障率最高的輔件。變壓器套管常見的故障有套管接頭發(fā)熱、套管介質(zhì)損耗因數(shù)超過注意值、套管電容量超過注意值、套管末屏接地不良等[1-3]，其中末屏接地不良是最為常見的套管隱患。運行中的高壓套管承載著高電壓、大電流，一旦發(fā)生故障，容易爆炸損毀，甚至危及周圍輔件及整臺變壓器。因此，加強對主變套管的巡視、檢修、試驗和管理，及時排查隱患并采取防范措施具有重要意義。

1 油紙電容式套管的結(jié)構(gòu)

目前，110 kV 及以上電力變壓器高壓引線的引出大都使用油紙電容式套管。油紙電容式套管是由接線端子、均壓罩、上節(jié)瓷套、下節(jié)瓷套、電容芯子、中間安裝法蘭、儲油柜、尾部的均壓球和測量端子等組成，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。電容式套管的內(nèi)絕緣是電容式結(jié)構(gòu)，以高壓電纜和導(dǎo)電鋁箔組成油紙電容芯子。在套管中心，銅導(dǎo)電管處于額定電壓點位，而其最外側(cè)接近接地法蘭處是地電位，通過接地套管引出接地，電位必須由中心的高電位降低到最外側(cè)的地電位。在中間接地法蘭布了測量端子或電壓抽頭。測量端子是從電容芯子最外層電容屏通過絕緣套管引出的，該層電容屏主要用來測量電容套管的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量。電壓抽頭和測量端子的不同是從套管的最外第二層屏通過絕緣套管引出的，其對地電容比較大，可以輸出一定功率。無論是測量端子還是電壓抽頭，其對地電容相對套管的主電容來說是比較小的。因此，在套管運行帶電時，該端子必須接地以保證套管安全運行。與此端子相連接的電容屏常稱為末屏或地屏。套管運行中，如果末屏不慎開路，將在末屏與地電位之間形成很高的懸浮電位，造成末屏對地間歇性放電，燒壞周圍的絕緣介質(zhì)，嚴重的還會引起套管爆炸。為了防止末屏接地不良產(chǎn)生懸浮電位放電，在運行時必須保證末屏可靠接地[4]。

2 故障情況

某110 kV 變壓器使用某廠生產(chǎn)的COT550-800 型號套管，額定電壓110 kV，額定電流800 A，2004-11 出廠，2005-08投運。2006—2011 年進行了3 次例行檢修試驗，110 kV B相套管的歷年電氣試驗數(shù)據(jù)如表1 所示。

分析表1 的數(shù)據(jù)可知，2009-08-19 例檢時該套管的介損值相對于其他三相相對變化率明顯偏大，其絕對值接近運行中110 kV 套管介質(zhì)損耗正切值注意值1.0%.當時因不具備油中溶解氣體分析條件，因此，未開展相關(guān)診斷試驗。例檢結(jié)束送電后加強了紅外測溫，未發(fā)現(xiàn)異常[4]。

圖1 油浸紙絕緣電容式套管末屏裝置

表1 B 相套管歷年電氣試驗數(shù)據(jù)

從表1 可知，2011-07-12 該臺主變停電例行試驗時，110 kV B 相套管的介損與2009-08 例檢試驗數(shù)據(jù)基本一致。同時開展了油中溶解氣體分析診斷性試驗，數(shù)據(jù)如表2 所示，發(fā)現(xiàn)B 相套管乙炔遠超注意值2 μL/L，氫氣及總烴均異常偏高。根據(jù)GB/T7252—2001 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則，三比值編碼組合為201[5]，結(jié)合電氣試驗數(shù)據(jù)初步分析懷疑B 相套管可能存在低能量放電故障，懷疑套管內(nèi)部存在不同電位間油中火花放電或懸浮電位放電。

表2 B 相套管油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)（單位：μL/L）

3 解體檢查及分析

2011-07 隨即對該套管進行了更換并解體檢查，外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常。在解體后發(fā)現(xiàn)套管末屏引線與引線管內(nèi)壁均明顯有碳黑，如圖2 所示。末屏引線頭處切面平整沒有焊錫。用100 倍顯微鏡觀察末屏接線管內(nèi)壁、末屏接線表面等部位，發(fā)現(xiàn)末屏接線管內(nèi)壁內(nèi)部和末屏接線表面有積碳，如圖3 所示。末屏接線末端切面平整沒有焊錫。

圖2 套管末屏接線端表面有碳黑

圖3 末屏接線管內(nèi)壁積碳

綜合分析認為該套管在制造時末屏引線與引線管之間的焊接工藝存在缺陷，焊接不完整，存在虛焊或接觸不良，在運行中產(chǎn)生較高的懸浮電位，懸浮電位導(dǎo)致末屏接線對引線管內(nèi)壁間歇性的火花放電，不斷破壞內(nèi)壁和連接線。對套管而言，末屏放電導(dǎo)致末屏接地柱溫度升高，熱量傳導(dǎo)至套管內(nèi)部導(dǎo)致絕緣油氣化，產(chǎn)生大量乙炔及氫氣等特征氣體。由于發(fā)現(xiàn)及時，雖然乙炔含量已經(jīng)較大，但套管電氣絕緣性能未顯著劣化，因此未造成嚴重后果。

4 結(jié)論

末屏接地不良是高壓套管最為常見的隱患，在COT 型套管中已多次出現(xiàn)，建議檢修試驗時應(yīng)重點檢查。同時，應(yīng)加強對套管介損的橫向和縱向歷史數(shù)據(jù)比對分析，如有發(fā)現(xiàn)異常，可結(jié)合開展套管油中溶解氣體分析、油中水分分析等診斷性試驗。