一起1000 kV變壓器高抗套管乙炔超標(biāo)故障分析

彭翔天，尹建軍，高 燃，馬 凱，萬(wàn)禮嵩

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥 230009)

隨著社會(huì)用電量增加，變壓器的安裝量也隨之劇增，電壓等級(jí)越來(lái)越高，特高壓高抗套管的使用量也相應(yīng)增多。套管是變壓器及高抗的重要組成部件，起著高壓引線引出的絕緣和支撐作用[1-4]，油浸式電容套管因適用電壓等級(jí)高、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用[5-7]。但是套管缺陷或故障引發(fā)的變壓器停電事故越來(lái)越多，其中乙炔超標(biāo)是套管最常見(jiàn)的故障之一，分析和掌握油浸式電容套管乙炔超標(biāo)的主要原因，對(duì)有效預(yù)防套管及變壓器故障很重要[8]。本文針對(duì)一起1000 kV變壓器高抗套管乙炔超標(biāo)的問(wèn)題，通過(guò)油色譜檢測(cè)、試驗(yàn)及解體檢查等分析原因，為后續(xù)套管制作工藝改進(jìn)提供參考。

1 GOE型套管結(jié)構(gòu)

某特高壓站1000 kV變壓器高抗套管由瑞典ABB公司2012年生產(chǎn)，型號(hào)為GOE2600-1950-2500-0.5-B，2013年9月正式投運(yùn)。該套管主絕緣采用油浸式電容芯體，戶外空氣側(cè)外絕緣和油中端采用瓷絕緣子外套，電容芯體與上、下瓷絕緣子外套間充絕緣油。

套管結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，套管底部接線端子通過(guò)套管內(nèi)部的拉桿系統(tǒng)與套管載流底板和導(dǎo)流管連接；套管頂部接線端子通過(guò)套管內(nèi)部軟導(dǎo)流排與導(dǎo)流管連接。套管拉桿系統(tǒng)的部件由碳鋼拉桿、補(bǔ)償鋁管、補(bǔ)償鋼管、導(dǎo)向錐、拉桿螺母和墊圈組成；套管載流結(jié)構(gòu)部件由底部接線端子、載流底板、繞制管(1000 kV特有)、導(dǎo)流管、導(dǎo)流排(軟連接形式)、定位油密封管、定位補(bǔ)償管、頂部接線端子組成；導(dǎo)流管外部通過(guò)壓緊彈簧與外瓷套機(jī)械連接[9-10]。

圖1 GOE型套管結(jié)構(gòu)

2 存在問(wèn)題及處理

2019年5月11日，某檢修公司年檢期間對(duì)該站1000 kV高抗套管開(kāi)展離線油色譜檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)C相乙炔體積分?jǐn)?shù)為89.49 μL/L，測(cè)試結(jié)果如表1所示。采用三比值法分析，原因?yàn)榈湍芊烹姡坠芷渌姎庠囼?yàn)數(shù)據(jù)均符合規(guī)程要求。為確保該高抗安全運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)組織利用備用相套管完成更換。

表1 某1000 kV高抗C相套管油色譜測(cè)試結(jié)果 μL/L

3 套管試驗(yàn)及解體檢查

3.1 套管試驗(yàn)

2019年7月14日進(jìn)行套管試驗(yàn),試驗(yàn)順序?yàn)橛椭腥芙鈿怏w分析、介損及電容量、局部放電、雷電沖擊耐壓、沖擊后介損及電容量、沖擊后局部放電、工頻耐壓、工頻耐壓后介損及電容量、抽頭絕緣試驗(yàn)、外觀檢查、頻域介電譜、油中溶解氣體分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均未見(jiàn)明顯異常，試驗(yàn)前后的套管油色譜數(shù)據(jù)未有明顯増加。

3.2 解體檢查

2019年7月29—30日，對(duì)套管進(jìn)行解體檢查。

a.套管頂部和底部接線端檢查

套管頂部導(dǎo)流管、壓緊彈簧和軟連接導(dǎo)流排部位外觀未發(fā)現(xiàn)明顯異常，拆解后發(fā)現(xiàn)：①壓緊彈簧下端定位環(huán)內(nèi)壁和導(dǎo)流管表面存在放電燒熔痕跡，距離導(dǎo)流管頂端約75 cm；②導(dǎo)流軟連接排上部焊接部位存在可擦拭的黑色焊接痕跡，距離油枕頂部約20 cm，該部位未浸入絕緣油，如圖2所示；③套管底部黃銅底座、紫銅底座、下瓷套外表面檢查均無(wú)明顯異常。

圖2 套管頂部接線端檢查

b.套管拉桿結(jié)構(gòu)系統(tǒng)部件檢查

套管拉桿結(jié)構(gòu)系統(tǒng)部件如圖3所示。檢查發(fā)現(xiàn)：①自底部至頂部第2個(gè)拉桿連接頭下方存在黑色附著物(該位置與變壓器本體油連通)；②底部至頂部第2個(gè)拉桿連接頭上部露出13牙螺紋，下部未露出螺紋，與瑞典ABB公司拉桿安裝工藝要求的“拉桿連接頭上下應(yīng)露出2～3牙螺紋”不符；③拉桿、補(bǔ)償鋼管、底部導(dǎo)向錐表面存在多處黑色可擦拭黑色附著物。

圖3 套管拉桿結(jié)構(gòu)系統(tǒng)部件

c.套管載流結(jié)構(gòu)系統(tǒng)部件檢查

從套管中拔出定位油密封管、定位補(bǔ)償管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)定位補(bǔ)償管頂部?jī)?nèi)壁存在1處明顯三角形放電燒蝕區(qū)域，對(duì)應(yīng)定位油密封管部位外表面存在形態(tài)一致的放電燒蝕痕跡，如圖4所示。

圖4 定位補(bǔ)償管、定位油密封管放電位置

將定位油密封管、定位補(bǔ)償管分別截取3段1 m的樣品，再將每份樣品截取成50 cm的2段，如圖5所示，分為定位油密封管樣品1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和定位補(bǔ)償管樣品1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)，進(jìn)行材質(zhì)分析。

圖5 定位油密封管、定位補(bǔ)償管樣品

經(jīng)過(guò)合金分析光譜檢測(cè)，樣品1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)定位油密封管及定位補(bǔ)償管的原材料均為6系A(chǔ)l-Mg-Si合金。對(duì)管表面黑色坑較嚴(yán)重的2號(hào)套管定位油密封管外壁和定位補(bǔ)償管內(nèi)壁進(jìn)行EDS能譜分析，分別做了2號(hào)定位油密封管外壁黑色坑能譜分析與基體能譜分析、2號(hào)定位補(bǔ)償管內(nèi)壁黑色坑能譜分析與基體能譜分析，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)外壁都有不同程度的氧化情況，油密封管外壁黑色坑和補(bǔ)償管內(nèi)壁黑色坑內(nèi)物質(zhì)氧化程度比基體處更為嚴(yán)重。整體套管出現(xiàn)發(fā)熱之后，金屬發(fā)生高速氧化反應(yīng)，從而隨著反應(yīng)出現(xiàn)一層又一層的氧化膜，在壁面黑色坑位置局部發(fā)熱現(xiàn)象更加明顯，從而氧化程度更高。另外，EDS能譜分析管內(nèi)、外壁有一定含量的碳元素附著，分析變壓器油有劣化情況發(fā)生。

d.套管電容芯體檢查

將套管電容芯體逐層剝離，未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，電容芯卷制管和導(dǎo)流管均正常，接地法蘭筒體內(nèi)壁、末屏引出線均完好，未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。需要注意的是，電容芯卷制管和導(dǎo)流管之間有專門(mén)的絕緣支撐和等電位連片，如圖6所示。

圖6 電容芯體和瓷套檢查結(jié)果

套管解體后發(fā)現(xiàn)，壓緊彈簧下方的定位環(huán)與導(dǎo)流管之間有明顯放電痕跡，定位油密封管和定位補(bǔ)償管間存在大量放電痕跡，定位補(bǔ)償管和導(dǎo)流管間存在多處放電痕跡。各放電點(diǎn)相對(duì)位置如圖7所示。

圖7 套管發(fā)生放電位置點(diǎn)

4 結(jié)論

綜合本次檢查情況，可以判斷此GOE型高抗套管乙炔超標(biāo)的原因?yàn)檩d流系統(tǒng)多層管安裝時(shí)存在安裝工藝誤差，為防止此類隱患再次發(fā)生，套管廠家應(yīng)對(duì)制造及安裝工藝加強(qiáng)監(jiān)督，防止因制造水平問(wèn)題造成設(shè)備事故。

設(shè)備運(yùn)維單位應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備年檢及相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)，保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類隱患，防止發(fā)展成事故造成更大損失。