電力變壓器高壓繞組引出方式的探討

馬江峰 倪錢杭

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

0 引言

電力變壓器是電網(wǎng)的心臟，是電力系統(tǒng)核心設(shè)備，承擔(dān)著電能的變換、聯(lián)接和分配任務(wù)。套管是變壓器的重要附件之一，它將油箱內(nèi)部的繞組引線引出到油箱外部，不僅承擔(dān)著引線對地的絕緣，同時還起到固定支撐作用[1-2]。電力變壓器110kV及以上電壓等級的高壓繞組通常經(jīng)油紙電容式變壓器套管引出，有些110kV電壓等級高壓繞組使用玻璃鋼電容式變壓器套管引出，35kV和10kV電壓等級高壓繞組采用純瓷套管引出，極少數(shù)特殊用途變壓器的高壓繞組采用電纜引出方式。

1 油紙電容式變壓器套管引出

油紙電容式變壓器套管根據(jù)電容芯子逐層分壓的原理制成，電容芯子由絕緣紙和鋁箔交替卷制而成，浸在絕緣油中，主要由油盅、上瓷套、安裝法蘭、下瓷套、電容芯子和尾部均壓球等部分組成[3-4]。油紙電容式套管種類比較多，不同制造廠家的產(chǎn)品頭部結(jié)構(gòu)不一，但大多采用以下兩種方式。

1.1 套管頭部螺紋連接方式

套管頭部螺紋連接結(jié)構(gòu)如圖1所示，中空管壁上有兩個定位銷孔，繞組引線從套管底部均壓球穿上來，用定位銷穿過兩個小孔固定住，然后把將軍帽套上引線后旋緊，將軍帽的內(nèi)螺紋和引線的外螺紋緊密接觸[5-6]。這種聯(lián)接方式的優(yōu)點(diǎn)是，將軍帽為整體鑄造結(jié)構(gòu)，頭部密封性比較好，不易進(jìn)水受潮，也不易發(fā)生漏油；同時也存在缺點(diǎn)，由于是螺紋連接旋緊，在安裝時若螺紋擰得不夠緊，容易造成接觸不良，數(shù)百毫歐的直流電阻試驗(yàn)無法檢測出微歐級的接觸電阻，在主變投運(yùn)初期發(fā)熱不明顯，運(yùn)行時間久或隨著負(fù)荷增加，就會造成套管頭部發(fā)熱，這是典型的由主導(dǎo)電回路接觸不良引起的電流致熱型缺陷。

圖1 套管頭部螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)

紹興電網(wǎng)曾出現(xiàn)過此種缺陷。運(yùn)維人員對紹興某110kV變電站夜巡時發(fā)現(xiàn)1號主變110kV B相套管搭頭發(fā)熱，最高溫度在110kV B相套管將軍帽處，熱點(diǎn)溫度為83℃，如圖2所示。

圖2 110kV B相套管頭發(fā)熱

根據(jù)最高溫度位置和套管結(jié)構(gòu)初步分析，套管 將軍帽內(nèi)部載流導(dǎo)體之間存在接觸不良，長期運(yùn)行導(dǎo)致接觸電阻變大，從而引發(fā)電流致熱型缺陷。檢修人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱是由于將軍帽和繞組引線穿芯螺桿之間銜接不良造成的，由圖3可以看出明顯的受熱氧化變黑痕跡。

圖3 引線螺紋受熱發(fā)黑

1.2 套管頭部導(dǎo)桿穿出方式

套管頭部導(dǎo)桿穿出結(jié)構(gòu)如圖4所示。此種結(jié)構(gòu)的繞組引線端部不帶螺紋，為銅導(dǎo)電桿，引線從套管底部均壓球穿上來后，同樣用定位銷穿過兩個小孔固定，但將軍帽和頭部密封結(jié)構(gòu)有所不同，如圖5所示。導(dǎo)桿穿出并固定住后，套管油盅上面放置膠紙墊片，把帶有內(nèi)嵌O形密封圈的將軍帽從導(dǎo)桿上套下，壓緊膠紙墊片并用螺栓固定，然后在導(dǎo)桿上套一個O形密封圈，在將軍帽上再放一個膠紙墊片，最后把銅壓板套上并固定。這種聯(lián)接方式的優(yōu)點(diǎn)是，繞組引線通過套管中空管壁直接引出，與螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)相比，不存在接觸不良現(xiàn)象，不會發(fā)生電流致熱型缺陷；但同時也存在缺點(diǎn)，其頭部密封結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，圖5中可以看到共計(jì)有四道密封，如果在戶外長期使用，密封圈會性能下降、老化甚至開裂，存在進(jìn)水受潮和發(fā)生滲漏油的可能，如果主變安裝在室內(nèi)，運(yùn)行環(huán)境相對較好，就不存在這一問題[7-8]。

圖4 套管頭部導(dǎo)桿穿出結(jié)構(gòu)

圖5 將軍帽和頭部密封結(jié)構(gòu)

紹興電網(wǎng)某220kV變電站3號主變110kV B相套管頭部曾出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象，每分鐘約五滴。檢修人員現(xiàn)場查看后，初步分析是由于廠家制造工藝不佳，導(dǎo)致套管頭部與主變本體之間密封不良，同時本體儲油柜高聳（儲油柜高于110kV套管頭），主變本體油逐漸從套管頭部滲出。

現(xiàn)場停電檢查情況印證了檢修人員的初步論斷，即由于套管頭部O形密封圈安裝工藝不佳導(dǎo)致密封不良，造成滲漏油，O形密封圈破損情況如圖6所示，現(xiàn)場進(jìn)行更換新套管處理。

圖6 O 形密封圈破損情況

2 玻璃鋼電容式變壓器套管引出

玻璃鋼電容式變壓器套管又稱干式變壓器套管，主絕緣仍為電容芯子，但其絕緣層采用高絕緣性能玻璃纖維浸以超低粘度耐高溫環(huán)氧樹脂制作，采用半導(dǎo)體制作電容屏，絕緣層與電容屏交替纏繞，經(jīng)高溫固化制成純固體電容芯子，傘裙采用硅橡膠一次成型覆蓋在芯子表面，形成有機(jī)整體，與油紙電容式變壓器套管相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①內(nèi)部無填充物，無油，環(huán)保；②結(jié)構(gòu)緊湊，外形小，質(zhì)量輕，便于運(yùn)輸；③采用阻燃絕緣材料制作，耐高溫，無瓷，無燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)；④采用硅橡膠復(fù)合外套，電氣性能好，防污性能優(yōu)異，可用于重污穢地區(qū)[1]。

北京天威瑞恒高壓套管有限公司制造的干式變壓器套管，其頭部結(jié)構(gòu)如圖7所示，繞組引線穿出后與限位墊塊由定位銷相連，然后將軍帽與引線外螺紋旋緊聯(lián)接。安裝時如果旋緊不到位，同樣也會引起發(fā)熱。

圖7 干式套管頭部結(jié)構(gòu)

3 電纜引出

對于具有特殊用途和特殊要求的變電站，如地下變電站，或正常運(yùn)行時無需停電進(jìn)行例行檢修的變電站，其主變高壓繞組優(yōu)先選用電纜引出方式。地下變電站主變高壓繞組使用電纜引出，然后直接與氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）氣室相連，節(jié)省套管高聳的空間，使整個變電站設(shè)計(jì)緊湊，節(jié)約空間。正常運(yùn)行時無需停電例行檢修的主變，其高壓繞組通過電纜引出，電纜頭與繞組引線接頭浸在絕緣油中，運(yùn)行可靠性高，避免了套管維護(hù)的工作量。而對于常規(guī)變電站，由于按照省公司規(guī)定每六年停電例行檢修一次，如果主變高壓繞組采用電纜引出方式，檢修時需主變放油拆開電纜接頭做試驗(yàn)，復(fù)裝時還要真空注油，增加很多工作量，所以常規(guī)變電站主變不采用此種引出方式。

4 純瓷套管引出

與前述幾種引出方式不同，純瓷套管無電容芯子分壓，僅靠瓷瓶作為絕緣介質(zhì)，電流從中心位置導(dǎo)電部位引出，所以純瓷套管適用的電壓等級稍低。

4.1 穿纜式純瓷套管引出

穿纜式純瓷套管如圖8所示，繞組引線從瓷瓶正中心的圓孔直接穿上來，然后與握手線夾連接，套管頭部用算盤珠密封。此種結(jié)構(gòu)由于握手線夾受到外面銅排的應(yīng)力作用，易使引線偏離中心，算盤珠壓縮不均勻，可能會造成套管頭漏油。

圖8 穿纜式純瓷套管

紹興某110kV變電站2號主變10kV B相套管頭部曾發(fā)生滲油現(xiàn)象。檢修人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，套管穿芯導(dǎo)桿有稍許移位，密封橡皮有壓縮變形，頂部大螺母未見明顯松動，如圖9所示。

圖9 10kV B相套管滲油

檢修人員發(fā)現(xiàn)，該主變10kV套管與銅排間的軟連接補(bǔ)償結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如圖10所示，套管與軟連接間裝有支柱瓷瓶，起不到補(bǔ)償作用，應(yīng)力使 B相套管穿芯導(dǎo)桿移位，現(xiàn)場對軟連接進(jìn)行更改，在主變10kV套管與支柱瓷瓶間增加軟連接，使穿芯導(dǎo)桿回至中心位置；同時對頂部大螺母進(jìn)行緊固，經(jīng)觀察未出現(xiàn)滲油情況。

圖10 套管銅排軟連接

4.2 法蘭式純瓷套管引出

圖11所示為雙分裂法蘭式純瓷套管，由于套管頭采用雙分裂對稱結(jié)構(gòu)引出，與外面銅排連接后，套管頭部受力均勻，不會造成握手線夾偏離的情況，所以此種結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)滲漏油。但是由于法蘭式純瓷套管是一個整體，繞組引線與套管尾部是在升高座里聯(lián)接，在安裝時需要小心處理該接觸面，不能使之發(fā)熱，若后續(xù)運(yùn)行中套管底部出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，需要主變放油至升高座以下位置，打開手孔板進(jìn)行處理，十分繁瑣。

圖11 法蘭式純瓷套管

紹興某110kV變電站2號主變10kV C相套管頭部曾異常發(fā)熱，熱點(diǎn)溫度為47.4℃，正常相溫度約為30℃，如圖12所示。

圖12 2 號主變10kV C相套管發(fā)熱

結(jié)合套管結(jié)構(gòu)，初步分析發(fā)熱原因可能為：①握手線夾與套管導(dǎo)桿接觸面銜接不良造成發(fā)熱；②10kV套管升高座內(nèi)C相套管與繞組引線軟連接接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱，溫度傳導(dǎo)造成套管整體發(fā)熱。

檢修人員首先測量10kV側(cè)母排至套管中心導(dǎo)桿之間的回路電阻和10kV側(cè)線間直流電阻，測試數(shù)據(jù)分別見表1和表2?？梢钥闯觯坠茴^部握手線夾和中心導(dǎo)桿之間接觸良好，而10kV側(cè)線間直流電阻三相不平衡率為2.9%，大于1%，判斷故障部位在變壓器內(nèi)部。現(xiàn)場將主變油位放至10kV套管升高座以下，打開10kV套管升高座手孔板，從升高座內(nèi)軟連接處開始測量線間直流電阻，數(shù)據(jù)見表3。

表1 主變10kV套管搭頭接觸電阻 單位：μΩ

表2 主變10kV側(cè)線間直流電阻

表3 主變10kV側(cè)從軟連接處測量線間直流電阻

主變內(nèi)部測量數(shù)據(jù)合格，結(jié)合表1和表2基本可以確定故障為10kV C相套管底端與升高座內(nèi)軟連接之間接觸不良?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，10kV C相套管底端與引線軟連接接觸面有明顯發(fā)熱變黑痕跡。更 換套管后，從套管外部測得10kV側(cè)線間直流電阻數(shù)據(jù)合格。

5 結(jié)論

本文介紹了變壓器高壓繞組的幾種引出方式，分別有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用電壓等級。高壓繞組不同引出方式的比較見表4。

表4 高壓繞組不同引出方式的比較

通過比較可以看出，不同結(jié)構(gòu)的引出方式在實(shí)際應(yīng)用中有各自的利弊，應(yīng)根據(jù)每個變電站的實(shí)際情況合理選用；在主變安裝或者檢修過程中，無論何種引出方式都有需要特別注意之處，要嚴(yán)格按照規(guī)范施工，嚴(yán)控工藝流程，否則就會影響主變安全穩(wěn)定運(yùn)行。