變壓器套管導(dǎo)電頭(樁頭)發(fā)熱處理及故障分析

江蘇電力公司徐州供電公司變電檢修室 羅傳偉

在高壓設(shè)備運行過程中，變壓器設(shè)備發(fā)熱是影響其安全運行的潛在隱患。在松動、銹蝕以及氧化等不同因素的影響下，高壓設(shè)備中各種電器連接構(gòu)件會出現(xiàn)不同程度過熱問題，甚至在嚴重時還會燒毀設(shè)備部件連接點，出現(xiàn)燃弧放電情況，進而發(fā)生相間短路。此外還會出現(xiàn)熱量流入到高壓設(shè)備內(nèi)部的情況，對設(shè)備自身而言會造成直接破壞。

變壓器套管頭部樁頭發(fā)熱故障可分外部接頭發(fā)熱故障和內(nèi)部接頭發(fā)熱故障。外部接頭發(fā)熱一般是接線板接觸面接觸不良引起的，接觸面未經(jīng)過壓花處理或是接觸面未打磨平整存在毛刺等問題都會使接觸面接觸不良、接觸電阻增大，于是接觸部位溫度升高，導(dǎo)致接觸面氧化加快，由于氧化膜對電阻產(chǎn)生反作用，致使接觸電阻進一步加大，溫度進一步上升，（隨著負荷增大）溫度變化就越來越高。

接觸面發(fā)熱缺陷因發(fā)熱部位外露，檢查和處理都較為方便，與外部故障相比，變壓器套管頭部的內(nèi)部故障不易發(fā)現(xiàn)。套管導(dǎo)體部分為穿纜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電頭和線纜頭通過螺紋連接，在線纜頭處有固定銷，如果高壓套管導(dǎo)電頭設(shè)計不合理或者存在制造工藝方面的問題，由于螺紋和引線的連接方式比較隱蔽，外部難以發(fā)現(xiàn)，正常情況下內(nèi)螺紋接觸良好，接觸電阻很小，如果內(nèi)螺紋尺寸配合不好，容易引起發(fā)熱、直流電阻增大、接頭燒熔等故障[1]。

1 預(yù)防性試驗技術(shù)

主絕緣試驗。測試內(nèi)容是主絕緣電容量與介質(zhì)損耗測量，用正接法電壓10kV。在試驗過程中使介質(zhì)損耗值不斷提高的主要原因，可能會是套管老化和末屏受潮所導(dǎo)致的，于此同時還會出現(xiàn)一些介損儀電容器受潮問題出現(xiàn)。當電容量持續(xù)增加時，就很可能導(dǎo)致設(shè)備密封性不好出現(xiàn)進水受潮情況，套管內(nèi)部存在游離放電就會燒毀一部分絕緣層，進而出現(xiàn)電極短路問題。甚至還會有部分空氣進入到設(shè)備內(nèi)部，進而大大降低了電容量。

末屏試驗。主要目的就是測試絕緣電阻，在電阻值小于1000MΩ時，就要測量末屏對地tgδ，結(jié)果要小于1.5%。屏蔽反接法是末屏介損測量主要采用的方法，末屏絕緣情況將直接體現(xiàn)外層結(jié)絕緣能力，在外層絕緣發(fā)生受潮問題時主絕緣體也會漸漸出現(xiàn)受潮問題。

查看套管油位和漏油問題。在油位出現(xiàn)異常上升現(xiàn)象時就必須切斷電源，針對主絕緣體展開絕緣試驗，一旦發(fā)現(xiàn)問題嚴重時，可采用溶解氣體色譜分析法來觀察套管絕緣油中的乙炔和氫氣是否超出規(guī)定標準；當套管油位出現(xiàn)降低時，必須要檢查套管是否存在漏油問題，漏油位置是否在套管油枕及瓷套的末屏處，在必要時可抽取油樣來進行檢驗、探索定位問題，尤其是要重點留意油標管出現(xiàn)堵塞問題時可能出現(xiàn)的假油位現(xiàn)象。

接觸導(dǎo)電桿情況和套管油枕密封性的檢查。當套管油枕外側(cè)密封圈密封不良時，潮濕的空氣會從密封圈飯縫隙滲透到油枕內(nèi)側(cè)內(nèi)腔位置，進而出現(xiàn)連接電芯桿和油枕的內(nèi)螺紋出現(xiàn)氧化情況，最終導(dǎo)致電芯桿會出現(xiàn)接觸不良的問題，很容易形成套管工作出現(xiàn)異常發(fā)熱的情況。同時，一些不科學的防雨罩設(shè)計會導(dǎo)致導(dǎo)電芯接觸不良而處于懸浮電位狀態(tài)，對瓷套產(chǎn)生了較為頻繁的放電行為，從而導(dǎo)致主絕緣介損測試值出現(xiàn)非正常的增大情況。對此，在檢查期間需要重點關(guān)注密封圈周圍是否存在漏油情況。此外還可利用萬能表來測量導(dǎo)電桿電阻是否處于歸零狀態(tài)，結(jié)合實際情況進行三相直流電阻測試，檢驗電阻值和平衡值是否滿足規(guī)范要求。

2 案例分析

2019年7月29日晚某220千伏變電站紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)1號主變110千伏側(cè)A相套管樁頭發(fā)熱高達101.7℃。另外B、C相套管樁頭發(fā)熱60℃左右，壞境溫度29度，中壓側(cè)負荷80000kVA左右。次日凌晨檢修人員趕到現(xiàn)場對1號主變進行停電處理，首先對主變樁頭進行直流電阻測試，測試結(jié)果顯示110千伏側(cè)A相直阻比其它兩相偏大20mΩ左右，三相阻值的不平衡率較高，超出規(guī)定標準?，F(xiàn)場對中壓側(cè)套管將軍帽進行拆解檢修，發(fā)現(xiàn)將軍帽內(nèi)部螺紋與引線接頭端部螺桿上均有黑色氧化層，檢修人員判斷樁頭發(fā)熱的原因為套管與引線接頭配合不良造成螺紋受力不足，導(dǎo)致接觸電阻增大、引起發(fā)熱。

本臺變壓器所用套管接頭型式如圖1。該種結(jié)構(gòu)套管接頭對安裝工藝要求較高，安裝需將蓋板及引線接頭的銷孔對準，插入定位銷后拆下尼龍繩。此時再將導(dǎo)電頭的內(nèi)螺紋與引線接頭的螺紋對準，旋入導(dǎo)電頭，待導(dǎo)電頭旋到與油枕蓋板平面的間隙為5～6mm時，該位置最佳，此刻調(diào)節(jié)導(dǎo)電頭孔與蓋板螺紋孔對準，旋入6個M8的螺栓固定住導(dǎo)電頭。緊固螺栓，使螺栓緊固到位后，此時導(dǎo)電頭與蓋板間應(yīng)無明顯間隙。如此密封件受力，密封性能可靠；銷釘也微微受力變形，反作用力使引線接頭和導(dǎo)電頭的螺紋配合更加緊密、可靠。

圖1 套管接頭原理圖

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)安裝時導(dǎo)電頭旋到與油枕蓋板平面并未留下5～6mm間隙，而是將導(dǎo)電頭直接旋緊，再上螺栓固定，這樣一來螺紋之間并不受力，配合不緊密，時間長了導(dǎo)致接頭氧化變黑并發(fā)熱。此外，分析導(dǎo)電頭的受力情況，可見當導(dǎo)電頭往下旋時銷釘是受向上拉的力，如圖2中紅色箭頭，此時密封墊被壓緊。當旋入周圍6個M8栓時，銷釘又受到向下的壓力，如圖2中藍色箭頭所示。如在安裝時工藝把關(guān)不嚴，導(dǎo)電頭旋到與油枕蓋板平面之間沒有留下間隙或者是所留間隙過大、過小，都有可能導(dǎo)致最后銷釘受力上下抵消，從而使螺紋之間沒有咬合力，密封不嚴而最終發(fā)熱。

圖2 導(dǎo)電頭受力情況

現(xiàn)場處理方法是，對A相套管樁頭氧化層使用砂紙或百潔布進行處理，將黑色氧化層打磨除去，再用無毛紙擦拭干凈，確保引線接頭和導(dǎo)電頭螺紋清潔干凈，無油污及雜質(zhì)，重新安裝時，特別要注意導(dǎo)電頭旋緊時與將軍帽的配合問題，嚴格按照廠家說明工藝進行。最后對接頭進行一次直阻測量。處理前后測量對比可見，A相電阻明顯下降，三相之間直阻不平衡率已達到有關(guān)要求。

3 總結(jié)

常見的變壓器套管頭部結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：

3.1 將軍帽式套管結(jié)構(gòu)

套管采用螺紋載流的導(dǎo)電頭結(jié)構(gòu)。本文案例中即是這種結(jié)構(gòu)的套管，這種套管通過定位銷釘給引線接頭（和導(dǎo)電頭間螺紋）一個相反的作用力，保證螺紋能夠穩(wěn)定接觸（此時銷釘不會有超過2mm的變形）。這個反作用力是一直存在的，可確保在運行過程中引線接頭和導(dǎo)電頭之間螺紋不松動，保證可靠接觸。但是這種結(jié)構(gòu)對安裝工藝要求極為精細，現(xiàn)場安裝不好、容易出現(xiàn)發(fā)熱等問題。

變壓器電容式套管頭部有定位螺帽（鎖母）。該結(jié)構(gòu)的套管頭與采用螺紋載流的導(dǎo)電頭類似，不同的是用一個閉鎖螺母代替了螺紋，以達到緊固作用。這種結(jié)構(gòu)安裝工藝要求較低，但在安裝時閉鎖螺母一定要用面積較大的面來接觸導(dǎo)電頭、不能裝反，否則也會引起發(fā)熱。

圖3 變壓器電容式套管頭部有定位螺帽（鎖母）

圖4 哈夫環(huán)結(jié)構(gòu)

使用哈夫環(huán)固定內(nèi)部端子。安裝工藝要嚴格執(zhí)行相關(guān)說明，按先后順序緊固2處的螺栓是非常關(guān)鍵的步驟，2種規(guī)格的螺栓均應(yīng)逐步的、對側(cè)緊面，以確保載流接觸和密封。不進行正確安裝，會使內(nèi)部端子頂端或?qū)U頂端與外部端子之間接觸電阻過大而導(dǎo)致發(fā)熱，不進行正確安裝導(dǎo)致滲滑，潮氣由此進入變壓器內(nèi)部，將引向變壓器絕緣故障。

接線板與引線接頭插拔式連接。插拔式結(jié)構(gòu)主要是依靠導(dǎo)電頭內(nèi)部的彈簧箍載流固定，這種彈簧屬于特種載流彈簧，具有很強的彈力及載流力。

圖5 插拔式結(jié)構(gòu)

頂套式結(jié)構(gòu)。圖6中：1注油塞、2密封墊、3定位銷、4O型密封墊、5螺栓、6彈簧墊圈、7螺栓、8密封墊、9接線板、10引線接頭、11螺栓、12彈簧墊圈、13頂套蓋板、14頂套、15螺栓、16彈簧墊圈、17、O型密封圈。這種結(jié)構(gòu)不容易發(fā)熱、導(dǎo)電良好，但是沒有將軍帽，固定性能較差，無法承受過大的風擺及機械拉力，故只能適用于電壓水平不高的現(xiàn)場。

圖6 頂套式結(jié)構(gòu)圖

4 專業(yè)巡檢技術(shù)

專業(yè)巡檢技術(shù)指的是技術(shù)人員對運行期間的設(shè)備展開針對性檢查與測試，通常會用到望遠鏡和紅外熱像儀器。

4.1 檢查套管油位

利用望遠鏡進行仔細檢驗，確保檢測部位和結(jié)果能夠與之前檢測沒有差異。

4.2 紅外檢測

通過紅外線技術(shù)的特點對電力系統(tǒng)中的電流、電壓及其他致熱效應(yīng)帶電設(shè)備進行診斷：挑選儀器。在利用專業(yè)紅外檢測時，不適合使用紅外測溫儀，而是應(yīng)該使用紅外熱像儀；選擇合適的測試條件。盡可能地選擇陰天、多云和夜間，其中夜間測試效果最佳，不宜在雷雨和霧霾天氣下展開檢測；儀器設(shè)置。檢測設(shè)備輻射率通產(chǎn)選取為0.9，色標溫度數(shù)值盡可能確保在環(huán)境溫度提高10～20K溫升范圍內(nèi)。

測量手段。先是對三相套管展開全面掃描，對異常發(fā)熱的部位進行重點測試分析，針對套管掃描的重點部位在三相套管頂部導(dǎo)線接頭部位以及末屏處；結(jié)果分析診斷。套管是一種具有綜合致熱效果的設(shè)備，不僅會產(chǎn)生電流導(dǎo)致熱損耗，同時也會出現(xiàn)電壓熱損耗的情況。對此需要利用同類比較判斷法，直觀根據(jù)三相套管溫差進行分析，發(fā)現(xiàn)溫度異常部位，隨后再利用科學有效的方式進行判斷。

問題處理方式。針對常見缺陷，通常都是在停電期間展開維修，有計劃地消除缺陷，在此過程中需要盡可能地在六個月內(nèi)安排處理完畢，針對嚴重缺陷問題也要在一周之內(nèi)處理完成。針對頂部導(dǎo)線接頭位置和柱頭缺陷，需要采取負荷電流降低方法，對末屏缺陷等部位立刻采取消除措施，針對高危缺陷需要在24小時之內(nèi)處理。通常情況下，由電壓過熱導(dǎo)致的瓷瓶柱和末屏缺陷，溫度差在2～4K就屬于嚴重缺陷，很不容易被檢測出來，測試過程要求相關(guān)工作人員十分細心。

綜上，不同結(jié)構(gòu)的套管頭部目前均有使用、也各有優(yōu)缺點。在設(shè)備選型時，應(yīng)根據(jù)實際使用情況、現(xiàn)場安裝條件、電壓等級等因素綜合考慮，選取合適的結(jié)構(gòu)，才能最大限度的避免設(shè)備發(fā)熱事故發(fā)生。