運(yùn)行中變壓器COT型套管缺陷分析和改進(jìn)方案

廣東能建電力設(shè)備廠有限公司 廣東 廣州 510285

1 前言

近年,在某電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)掛網(wǎng)運(yùn)行的變壓器的COT型套管連續(xù)發(fā)生了多次絕緣故障,于是電網(wǎng)公司委托我司對(duì)該類型套管進(jìn)行解體檢查分析。根據(jù)解體檢查分析,該類型套管是因其上部結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、制造工藝等方面存在缺陷,導(dǎo)致套管在室外運(yùn)行時(shí)容易進(jìn)水受潮,從而引起絕緣故障。本文對(duì)該類型套管的上部密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,找出造成容易進(jìn)水缺陷的主要原因,并提出改進(jìn)方案,以保障變壓器乃至電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 缺陷分析

2.1 COT型套管上部結(jié)構(gòu)分析 COT型套管及頭部外形圖如圖1所示。經(jīng)過對(duì)COT型套管上部進(jìn)行解體檢查分析,套管上部結(jié)構(gòu)主要存在兩個(gè)缺陷：①套管電纜接線柱連接結(jié)構(gòu)存在密封缺陷；②套管儲(chǔ)油柜上部連接結(jié)構(gòu)存在密封缺陷。

2.2 套管密封缺陷分析

2.2.1 套管電纜接線柱連接結(jié)構(gòu)密封缺陷分析 套管電纜接線柱的連接方式如圖1所示,具體安裝順序如下：電纜接線柱套上矩形橡膠墊圈后,從防雨帽(帽蓋)內(nèi)部穿過,將帽蓋(連同電纜接線柱下端)扣裝在通心導(dǎo)管上,旋緊帽蓋內(nèi)螺紋,在帽蓋外側(cè)放置薄石棉橡膠墊片、定位銷,然后擰緊迫緊螺母,再放置厚石棉橡膠墊片,最后擰緊接線端子。從COT型套管頭部密封結(jié)構(gòu)看到,電纜接線柱有3處密封：分別為①矩形橡膠墊圈的密封；②薄石棉橡膠墊片的密封；③厚石棉橡膠墊片的密封。其三處密封及相關(guān)緊固件、密封位置如圖2所示。另外,從COT型套管頭部密封結(jié)構(gòu)看到,電纜接線柱有3處密封：分別為①矩形橡膠墊圈的密封；②薄石棉橡膠墊片的密封；③厚石棉橡膠墊片的密封。其三處密封及相關(guān)緊固件、密封位置如圖2所示。

(1)矩形橡膠墊圈的密封原理：由迫緊螺母通過帽蓋,對(duì)電纜接線柱的螺紋收緊,使矩形橡膠墊圈產(chǎn)生軸向壓縮、內(nèi)外徑向膨脹,實(shí)現(xiàn)對(duì)通心導(dǎo)管內(nèi)徑、電纜接線柱外徑及軸肩、帽蓋內(nèi)平面所形成的內(nèi)腔的四周密封。

(2)薄石棉橡膠墊片的密封原理：薄石棉橡膠墊片放置在迫緊螺母與帽蓋之間,在迫緊螺母對(duì)電纜接線柱螺紋收緊的同時(shí),實(shí)現(xiàn)迫緊螺母對(duì)帽蓋的平面密封。

圖1 COT型套管及頭部外形圖位置

圖2 COT型套管頭部密封結(jié)構(gòu)圖

圖3 非剛性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

(3)厚石棉橡膠墊片的密封的原理：厚石棉橡膠墊片放置在迫緊螺母與接線端子之間,由接線端子對(duì)電纜接線柱的螺紋收緊,實(shí)現(xiàn)接線端子對(duì)迫緊螺母的平面密封。同時(shí)該結(jié)構(gòu)還起到了雙螺母互迫的防止接線端子返松作用。

但是,矩形橡膠墊圈的密封是非剛性密封結(jié)構(gòu),其在外力作用下,電纜接線柱連同迫緊螺母,會(huì)克服橡膠墊圈的彈性往上位移,及在電纜接線柱與帽蓋、通心導(dǎo)管內(nèi)孔的間隙左右位移。如圖3所示。因此COT套管這種非剛性密封結(jié)構(gòu),長(zhǎng)期運(yùn)行很大機(jī)率會(huì)產(chǎn)生以下現(xiàn)象：①套管上部的接線銅掌與變電站母線下引線連接,使電纜接線柱承受著下引線的牽引力,在變向風(fēng)力的影響下,下引線的牽引力對(duì)電纜接線柱產(chǎn)生交變性搖動(dòng)。②經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行,在交變性搖動(dòng)下,加速了橡膠墊圈老化變形、彈性內(nèi)應(yīng)力衰減的進(jìn)程。從而迫緊螺母對(duì)電纜接線柱的收緊力也衰減,迫緊螺母與帽蓋的薄石棉橡膠墊片平面密封也會(huì)逐漸失效,使電纜接線柱密封結(jié)構(gòu)發(fā)生松動(dòng)。

同時(shí),石棉橡膠墊片外露設(shè)置不合理。厚、薄兩款石棉橡膠墊片外露設(shè)置,受大氣、雨水、紫外線的直接影響,容易加速老化、失效和斷裂,是雨水、潮氣滲進(jìn)套管的危險(xiǎn)源之一。

綜合上述現(xiàn)象,在套管通心導(dǎo)管的負(fù)壓吸力下,雨水、潮氣就有可能和容易從薄石棉橡膠墊片滲透到電纜接線柱密封結(jié)構(gòu),途經(jīng)帽蓋上端的U形槽和內(nèi)孔、矩形橡膠墊圈外徑,進(jìn)入套管通心導(dǎo)管的內(nèi)腔,導(dǎo)致主體入水從而造成主變事故。雨水進(jìn)入套管本體途徑如圖4所示。

圖4 雨水進(jìn)入套管本體途徑示意圖

(2)套管儲(chǔ)油柜上部連接結(jié)構(gòu)密封缺陷分析：

管儲(chǔ)油柜上部連接結(jié)構(gòu)如圖5所示。儲(chǔ)油柜套入通心導(dǎo)管,儲(chǔ)油柜上部中心孔口有大倒角的三角槽。在三角槽位置安裝O形密封圈,在通心導(dǎo)管上安裝蝶形彈簧組,然后通過壓緊圓螺母,蝶形彈簧組對(duì)O形密封圈進(jìn)行壓緊,使O形密封圈壓縮變形,緊箍通心導(dǎo)管外徑,形成在儲(chǔ)油柜三角槽面與通心導(dǎo)管外徑的密封。

圖5 管儲(chǔ)油柜上部連接結(jié)構(gòu)

本來,O形密封圈在直角三角槽實(shí)施對(duì)軸的密封是種常見的三角形密封結(jié)構(gòu)。但是問題就出現(xiàn)在于：本案是采用蝶形彈簧壓緊O形密封圈,在壓緊過程中,蝶形彈簧的斜面容易把密封圈壓壞。蝶形彈簧與O形密封圈壓緊關(guān)系如圖6所示。其壓緊過程如下：

圖6 蝶形彈簧與O形密封圈壓緊關(guān)系

①螺母未施壓時(shí),O形密封圈未變形；

②圓螺母將蝶形彈簧剛下壓時(shí),蝶形彈簧的斜邊角把O形密封圈壓下,O形密封圈變形下陷,且很有可能變形過量；

③圓螺母將蝶形彈簧壓貼儲(chǔ)油柜平面時(shí),O形密封圈反彈至正常變形。

另外由于蝶形彈簧內(nèi)徑與通心導(dǎo)管外徑有間隙,在安裝蝶形彈簧時(shí),蝶形彈簧容易產(chǎn)生偏心,而形成對(duì)O形密封圈產(chǎn)生偏心壓緊。圓螺母將蝶形彈簧剛壓至儲(chǔ)油柜平面時(shí),O形密封圈變形下陷及單邊變形嚴(yán)重,極容易造成該部位O形密封圈的撕裂,從而使套管儲(chǔ)油柜上部的三角形密封出現(xiàn)缺陷,存在容易滲水的風(fēng)險(xiǎn)。詳見圖7雨水進(jìn)入套管本體途徑示意圖。

綜上分析,COT型套管儲(chǔ)油柜上部密封結(jié)構(gòu)存在的主要缺陷是：①蝶形彈簧壓緊O形密封圈,在壓緊過程中,蝶形彈簧的斜邊角容易把密封圈壓壞；②O形密封圈存在被壓至撕裂風(fēng)險(xiǎn),導(dǎo)致套管儲(chǔ)油柜上部的三角形密封出現(xiàn)缺陷。

3 改進(jìn)方案

3.1 改進(jìn)思路

(1)需針對(duì)套管電纜接線柱和儲(chǔ)油柜上部存在的密封缺陷,改進(jìn)后能杜絕或改善以上缺陷的發(fā)生；

(2)需便于實(shí)施、需便于恢復(fù)。該類型套管大都是在運(yùn)行主變壓器套管,需要對(duì)主變壓器進(jìn)行停電改造,且為了保障供電可靠性,停電時(shí)間不能太長(zhǎng)：①在變電站現(xiàn)場(chǎng)能夠?qū)嵤└脑?；②盡可能不改動(dòng)現(xiàn)有套管頂部結(jié)構(gòu),不用拆解套管,保障改造后套管質(zhì)量可靠；③盡可能不用排放主體油、不用拆卸套管；④盡可能不影響或不需要改動(dòng)引下線接線等。

圖7 雨水進(jìn)入套管本體途徑示意圖

3.2 改進(jìn)方案 根據(jù)以上改進(jìn)思路,設(shè)計(jì)了一套COT套管上部結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。如圖8所示。本方案采用加裝防雨罩及其壓緊密封結(jié)構(gòu)和更換新接線端子方式,對(duì)原套管頂部進(jìn)行改造。在改造同時(shí)更換套管相關(guān)位置密封件。

圖8 套管上部改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)圖

(1)密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)：本方案保留了套管原來所有密封結(jié)構(gòu),增加了防雨罩,重新設(shè)計(jì)了新的接線端子結(jié)構(gòu),并在接線端子與防雨罩間增加了O形膠圈密封。加裝的防雨罩不僅罩住了原外露的兩處石棉橡膠墊片,還罩住了套管儲(chǔ)油柜,既降低了原套管頭部整體密封位置的水汽,又保護(hù)了密封件不易被老化,降低套管進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)增加了圓螺母,加強(qiáng)壓緊力度,從而降低了接線端子被引線牽拉等造成密封不良風(fēng)險(xiǎn)。

(2)實(shí)施便利：本方案基本保持了套管原結(jié)構(gòu),只是改進(jìn)了接線端子,并在新加工的接線端子上,安裝O形膠圈和新增加的防雨罩、壓緊墊圈、圓螺母。因此在變電站現(xiàn)場(chǎng),在主變檢修狀態(tài)下,只需拆除原套管接線端子即可安裝防雨罩和新的接線端子。同時(shí),新的接線端子接線柱跟原接線端子尺寸一致,高度相差不大,無需改動(dòng)架空引下線及接線銅掌。整體實(shí)施簡(jiǎn)單、便利。

3.3 改造質(zhì)量及檢驗(yàn)

(1)測(cè)試改造前、改造后主變繞組連同套管的直流電阻,對(duì)比前后數(shù)據(jù),改造后數(shù)據(jù)應(yīng)與改造前數(shù)據(jù)相差不大或者更加優(yōu)化。

(2)外觀檢查套管頭部應(yīng)無異常,架空引下線應(yīng)無嚴(yán)重下垂等過長(zhǎng)現(xiàn)象。

(3)主變運(yùn)行后,可對(duì)套管接線端子進(jìn)行紅外線測(cè)溫,溫度應(yīng)無異常。

3.4 套管改造效果及整改中存在隱患圖片展示

(1)套管改造效果

(2)套管整改中存在隱患圖片展示

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)運(yùn)行中的COT型套管上部結(jié)構(gòu)存在容易進(jìn)水的缺陷進(jìn)行分析,并提出了改進(jìn)方案,改造方案簡(jiǎn)單、有效,便于實(shí)施,通過改造,優(yōu)化了套管結(jié)構(gòu),能夠降低套管發(fā)生故障風(fēng)險(xiǎn),對(duì)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行,起到很好的預(yù)防性作用。同時(shí),大大減少了電網(wǎng)公司因需更換套管的資金投入。