變壓器套管頭部發(fā)熱的原因分析

王一博 孫繼超 程凱

摘要：套管是變壓器最重要的部件之一。主要用于將變壓器內(nèi)的高、低壓引線引至本體外與外部線路連接，同時(shí)，它還起支撐和固定引線的作用。套管接頭發(fā)熱缺陷引起的故障是變壓器的常見故障，變壓器套管頭發(fā)熱故障可分為外接頭發(fā)熱故障和內(nèi)接頭發(fā)熱故障。本文結(jié)合實(shí)例分析了套管頭發(fā)熱的主要原因，以期為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：變壓器;套管頭部;發(fā)熱原因;案例分析

一、變壓器套管頭部發(fā)熱原因分析

變壓器套管頭部發(fā)熱可以簡(jiǎn)單劃分為內(nèi)部發(fā)熱和外部發(fā)熱兩種類型。首先，外部的發(fā)熱情況是有所不同的。由外部導(dǎo)線接觸不良而引起的電路發(fā)熱情況較為常見，線頭連接時(shí)會(huì)進(jìn)行反復(fù)拆裝，發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)難以控制，只能實(shí)施針對(duì)性的改進(jìn)措施盡可能的確保各條導(dǎo)線間的正常接觸。此外，在將軍帽和接線板接觸不良時(shí)，電阻將會(huì)隨之增大，功率耗損嚴(yán)重，容易導(dǎo)致組件連接部位溫度的不斷增高。線路溫度越高，氧化速度越快，氧化膜與電阻之間出現(xiàn)反作用，最終燒斷線路，使整個(gè)電力系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來。其次，內(nèi)部的發(fā)熱情況主要是由于螺紋與引線的接觸不當(dāng)。螺紋與引線連接時(shí)應(yīng)合理計(jì)算公差，一旦發(fā)生計(jì)算失誤或者結(jié)果偏差，線路電阻就會(huì)變大，高熱發(fā)熱現(xiàn)象隨之產(chǎn)生。內(nèi)部故障不易被發(fā)現(xiàn)，螺紋和引線的連接又非常隱蔽，所以在發(fā)熱原因的具體分析與故障問題的實(shí)際檢測(cè)時(shí)，就需要依靠先進(jìn)技術(shù)的支持，形成動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)獲取變壓器套管頭部的溫度變化。在套管頭部可以設(shè)置示溫片，記錄周圍區(qū)域的溫度。當(dāng)然，示溫片具有一定的局限性，對(duì)溫度的反映并不及時(shí)。從這個(gè)角度來看，變壓器套管頭部的內(nèi)部故障更加明顯，而且很容易發(fā)生惡化。

二、變壓器套管頭部發(fā)熱診斷方法

利用紅外檢測(cè)儀，不但能發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱故障，而且還可以對(duì)發(fā)熱故障進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定位，發(fā)現(xiàn)和避免設(shè)備事故，確保設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

（一）套管外部接頭故障

套管外部接頭故障的紅外熱像特征是故障接頭中心有明顯發(fā)熱。根據(jù)高壓套管外部接頭故障熱像特征，并參照GB/T11022-2011的規(guī)定做出診斷，即最高允許溫度為80℃若作三相間互比或與該套管瓷套中部相比較。溫差大于20℃則有可能發(fā)生故障的隱患，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視;溫差大于40℃時(shí)，則故障較為嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)檢修。

（二）套管內(nèi)部接頭故障

對(duì)于35kV及以下電壓等級(jí)的變壓器套管，與繞組連接的內(nèi)部接頭多數(shù)處于下端，并浸于箱體油中。當(dāng)三相套管中的一相或兩相產(chǎn)生故障，則故障相的熱像特征與正常套管的熱像有明顯差異。對(duì)高于110kV電壓等級(jí)的變壓器套管，接頭與將軍帽由引線連接，接頭故障的熱輻射量最終傳遞到將軍帽上，因此熱像圖上一般故障將軍帽有明顯發(fā)熱。對(duì)于內(nèi)部接頭的故障一般通過相對(duì)溫差判斷法和表面溫度判斷法分析判斷。

①相對(duì)溫差判別法。即通過紅外熱像儀測(cè)得故障點(diǎn)的溫度，與正常接頭部位的溫度值按下式算得相對(duì)溫差，再查表便可確定故障的嚴(yán)重程度。

②表面溫度判斷法。35kV及以下電壓等級(jí)的套管內(nèi)部接頭故障，根據(jù)套管內(nèi)部接頭故障熱像特征，并結(jié)合GB/T11022-2011規(guī)定的最高允許溫度（在油中為85℃）進(jìn)行診斷。然而，浸于油中的下端引線接頭溫度無法用紅外手段直接檢測(cè)，通常檢測(cè)的只是套管外表溫度。因兩者的溫度關(guān)系與電壓等級(jí)、型號(hào)，運(yùn)行負(fù)荷及油溫有關(guān)，所以要準(zhǔn)確給出每臺(tái)設(shè)備套管內(nèi)外溫度關(guān)系十分困難。我們可根據(jù)正常套管瓷套及儲(chǔ)油柜的溫升和它們對(duì)應(yīng)的相間溫差進(jìn)行判斷。顯然，如果存在內(nèi)外連接故障，則套管瓷套和儲(chǔ)油柜溫度必將受到很大影響。因此判斷套管下端接頭是否過熱，結(jié)合內(nèi)部接頭故障熱像特征做出判別。110kV及以上電壓等級(jí)的套管存在內(nèi)部接頭故障，可根據(jù)套管內(nèi)部接頭故障熱像特征并結(jié)合GB/T11022-2011規(guī)定的最高允許溫度（在油中為85℃）進(jìn)行診斷。但在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，直接得到的是將軍帽表面溫度，而內(nèi)部接頭部位的溫度都高于將軍帽表面溫度，而且兩者之差的具體數(shù)值與將軍帽結(jié)構(gòu)有關(guān)。凡在防雨罩內(nèi)的發(fā)熱點(diǎn)，GB/T11022-2011判別時(shí)，應(yīng)降低20℃作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)運(yùn)用相間互比時(shí)，凡溫差大于10℃時(shí)，應(yīng)視為存在一般故障，大于20℃時(shí)，應(yīng)判定為存在嚴(yán)重內(nèi)部連接故障。

三、變壓器套管頭部發(fā)熱故障案例

（一）某變電站2#主變110kV B相套管發(fā)熱，高壓試驗(yàn)班在對(duì)該變壓器進(jìn)行紅外熱成像監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變壓器110kV B相套管頭部發(fā)熱，溫度達(dá)到87.4℃。

經(jīng)查看主變套管說明書，發(fā)現(xiàn)該套管設(shè)計(jì)上存在缺陷。在主變110kV引線裝入套管導(dǎo)電密封頭后，引線上應(yīng)有一個(gè)定位螺母將引線與套管導(dǎo)電密封頭壓緊，以保證引線與套管導(dǎo)電密封頭可靠接 觸。而該型套管沒有定位螺母，導(dǎo)致主變引線和套管導(dǎo)電密封頭之間缺少壓緊的力量，只靠螺牙之間自然的力量，無法保證可靠接觸。在主變負(fù)載較大 的情況下，就會(huì)造成接觸面過熱。套管頭部結(jié)構(gòu)如行了消缺處理。在拆下該套管導(dǎo)電密封頭后，發(fā)現(xiàn) 主變引線和套管導(dǎo)電密封頭相互接觸的螺牙處已 有放電和過熱燒損的痕跡。而套管的結(jié)構(gòu)確實(shí)如分 析的一樣設(shè)計(jì)上存在缺陷，缺少一個(gè)定位螺母。經(jīng)將主變引線和套管導(dǎo)電密封頭過熱損傷處打磨處理，在接觸面上涂上導(dǎo)電膏，然后恢復(fù)安裝。這樣處理后套管過熱情況會(huì)得到改善，但該缺陷無法徹底處理，在主變負(fù)載較大時(shí)仍有出現(xiàn)過熱的可能。將該型套管進(jìn)行更換或由廠家針對(duì)該設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行改造才能徹底解決該問題。

（二）某35kV變電所1#主變10kV側(cè)A相套管發(fā)熱，某35kV變電所運(yùn)行人員在進(jìn)行紅外熱成像監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)1#主變10kV側(cè)A相套管頭部發(fā)熱，溫度達(dá)到77℃。

根據(jù)紅外成像儀圖像分析，本起變壓器套管頭部發(fā)熱故障應(yīng)為外部接頭故障，發(fā)熱部位可能在回路的連接處，潛在故障點(diǎn)如下：線圈和套管纜線的焊接連接處;三相線圈末端的連 接 處;穿過套管的纜線與纜線連接頭的焊接處;纜線頭與導(dǎo)電頭絲口連接處;板型接線柱與導(dǎo)電頭絲口連接處;板型接線柱與硬母線連接處。通過現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)A相導(dǎo)電頭的上部圓柱體與板 型接線柱上的兩個(gè)夾緊螺栓明顯松動(dòng)，板型接線柱用手便可使其旋轉(zhuǎn)。本起故障原因應(yīng)是套管安裝時(shí)定位螺母沒有擰緊，導(dǎo)致引線與套管導(dǎo)電密封頭沒有可靠接觸引起過 熱?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)夾緊螺栓進(jìn)行緊固，送電后未再發(fā)生套管發(fā)熱情況，缺陷被消除。

（三）某2#主變110kV側(cè)C相相套管引線接頭處發(fā)熱，運(yùn)維人員對(duì)該站進(jìn)行例行紅外成像檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該變壓器（未達(dá)額定負(fù)荷）110kV高壓側(cè)C相套管引線接頭處（將軍帽）發(fā)熱，溫度達(dá)63.89℃，而A、B相套管相應(yīng)部位溫度分別為43.60℃和42.78℃。

根據(jù)熱像圖顯示的情況，初步分析認(rèn)為發(fā)熱的原因可能是接線板與導(dǎo)電桿連接不良。熱點(diǎn)溫度為63.89℃，按照紅外導(dǎo)則判定此發(fā)熱缺陷屬于一般過熱缺陷，應(yīng)縮短紅外檢測(cè)周期并加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，盡快安排處理。鑒于該變壓器所帶負(fù)荷較重，又逢“迎峰度夏”高負(fù)荷期即將來臨，考慮當(dāng)負(fù)荷增大后，該過熱處的 溫度還要進(jìn)一步升高，若不及時(shí)處理很可能引起設(shè) 備事故。上級(jí)部門要求盡快處理此缺陷，決定當(dāng)夜（零點(diǎn)時(shí)檢修）停電消缺。

四、結(jié)束語

綜上所述，消除變壓器套管頭部發(fā)熱的建議如下：一是建議選用質(zhì)量好、信譽(yù)好、運(yùn)行穩(wěn)定的產(chǎn)品;二是加強(qiáng)維修人員的技術(shù)培訓(xùn)，加強(qiáng)與變壓器套管廠家的溝通，認(rèn)真閱讀產(chǎn)品使用說明書，了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和操作維護(hù)要點(diǎn)，結(jié)合春秋檢、電機(jī)停運(yùn)檢查變壓器套管密封情況，重點(diǎn)檢查運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的變壓器。如果發(fā)現(xiàn)密封墊有裂紋，應(yīng)及時(shí)更換，確保密封良好。只要我們高度重視變壓器套管頭的發(fā)熱問題，認(rèn)真分析并采取對(duì)策，套管頭過熱現(xiàn)象將得到徹底消除。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹曉華.變壓器電容型套管接頭發(fā)熱現(xiàn)象分析[J].變壓器，2014，40（9）.

[2]李順堯.變壓器套管將軍帽缺陷分析及處理[J].高壓電器，2016，43（2）.

[3]姚流梁.電力變壓器套管的故障分析及處理探討[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，03.