110 kV變壓器高壓套管絕緣受潮缺陷分析

劉 釗，周若琪，蒲 倩，田小龍，劉小琰

（國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司保定供電分公司，河北 保定 071000）

變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。套管作為變壓器的主要絕緣部件之一，承擔(dān)著載流并將高低壓引線(xiàn)引出并固定的重要作用。常規(guī)的變壓器套管為電容型充油套管，當(dāng)其發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，可結(jié)合缺陷的具體表現(xiàn)形式，通過(guò)油中氣體溶解、絕緣電阻試驗(yàn)、介損及電容量測(cè)試、局部放電試驗(yàn)等手段，對(duì)其進(jìn)行綜合分析與診斷。

1 缺陷概況

2019年4月17日試驗(yàn)人員對(duì)某110 kV變電站進(jìn)行停電例行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)110 kV 1號(hào)主變高壓側(cè)W相套管油中溶解氣體組份氫氣含量超標(biāo)。試驗(yàn)時(shí)天氣晴，溫度18 ℃，濕度38%。設(shè)備型號(hào)BRLZW3-126/630-4，出廠日期2009-05-01。該設(shè)備此前無(wú)不良運(yùn)行工況。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1 油化試驗(yàn)

試驗(yàn)人員將停電例行試驗(yàn)當(dāng)天油中溶解氣體組份及微水含量與2013年數(shù)據(jù)對(duì)比，具體如表1所示。

表1 W相高壓套管油化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1中數(shù)據(jù)可以看出：關(guān)鍵氣體組分乙炔含量C2H2由0增至0.21 μL/L，雖然增量和增速均不大，但此為“由無(wú)到有”的過(guò)程；氫氣H2含量871.29 μL/L約為標(biāo)準(zhǔn)值（150 μL/L）的6倍，屬于嚴(yán)重超標(biāo)[1]；總烴含量90.18 μL/L，接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定150 μL/L[2]。對(duì)比2013年4月2日停電例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，各組分都有不同程度增長(zhǎng)，尤其是H2增長(zhǎng)10倍以上，油樣中微水含量有9 μg/g增長(zhǎng)至33 μg/g，接近規(guī)程規(guī)定35 μg/g[2]，通過(guò)特征氣體判斷綜合微水試驗(yàn)結(jié)果，初步判斷為絕緣受潮。進(jìn)一步分析，通過(guò)“三比值法”判斷缺陷類(lèi)型，計(jì)算三比值編碼為“010”，對(duì)應(yīng)“局部放電”型缺陷，可能為潮氣、氣隙、雜質(zhì)等引起的油紙絕緣中的低密度局部放電[2]。

2.2 絕緣電阻試驗(yàn)

對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行的外觀檢查未見(jiàn)異常。涉及該套管的停電檢查性試驗(yàn)共有3項(xiàng)，其中直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)未見(jiàn)異常；絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗及電容量測(cè)試數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

表2 變壓器高壓套管絕緣電阻測(cè)試 MΩ

表3 變壓器高壓套管絕緣電阻測(cè)試

4支套管的主絕緣電阻是連同主變高壓繞組的主絕緣一同測(cè)量的，即將高壓側(cè)4支套管短接加5 000 V直流測(cè)試電壓，主變中、低壓側(cè)短接接地。這種方法的測(cè)試結(jié)果是高壓繞組連同4支套管的等效絕緣電阻，4支套管的主絕緣電阻都為12 100 MΩ，均滿(mǎn)足規(guī)程10 000 MΩ的要求，但是不能反映每支套管的真實(shí)絕緣電阻。4支套管末屏絕緣電阻都在規(guī)程規(guī)定的1 000 MΩ注意值以上[3]，可以基本排除W相套管末屏受潮的可能性。

2.3 介質(zhì)損耗及電容量測(cè)試

為進(jìn)一步驗(yàn)證該變壓器高壓套管的絕緣特性，試驗(yàn)人員對(duì)4支110 kV高壓套管逐一進(jìn)行了介損及電容量測(cè)試，采用正接線(xiàn)方式，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知各相套管介損值均未超過(guò)規(guī)程0.008的注意值[1]，但W相介損數(shù)值0.006 41遠(yuǎn)超U相0.003 42、V相0.003 6。雖然規(guī)程中并未對(duì)介損值橫比誤差做出明確規(guī)定[1-3],但W相介損值超出U、V兩相約80%的現(xiàn)象值得關(guān)注。各相電容量測(cè)量未見(jiàn)異常。W相套管末屏介損值0.001 66未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定0.015的注意值[3]，印證了絕緣電阻測(cè)試中得出的排除W相套管末屏受潮可能性的結(jié)論[1]。

2.4 高壓介損試驗(yàn)

2019年5月5日待備件到達(dá)后將故障套管更換，退運(yùn)套管運(yùn)回高壓試驗(yàn)大廳于05月10日進(jìn)行高壓診斷試驗(yàn)及解體檢查，高壓試驗(yàn)包括高壓介損試驗(yàn)及局部放電試驗(yàn)，當(dāng)天環(huán)境溫度20 ℃，濕度44%。

由表4可以看出試驗(yàn)電壓從 10 kV 到72.5 kV的過(guò)程中，介質(zhì)損耗因數(shù)在61.682 kV時(shí)達(dá)到0.010 02超過(guò)規(guī)程0.01的規(guī)定[1-3]，且升壓過(guò)程中，69.991 kV與9.128 kV試驗(yàn)電壓下介質(zhì)損耗因數(shù)增量為0.005 38，增量超過(guò)±0.003的警示值[1-3]，表明該套管存在絕緣缺陷。

表4 W相高壓套管高壓介損試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了判斷缺陷類(lèi)型，根據(jù)表4數(shù)據(jù)繪制介損隨測(cè)試電壓變化的tgδ-V曲線(xiàn)，如圖1所示，圖中橫坐標(biāo)為以“ kV”為單位的試驗(yàn)電壓，縱坐標(biāo)為介質(zhì)損耗量，斜向上的箭頭表示升壓過(guò)程，斜向下的箭頭表示降壓過(guò)程。圖中曲線(xiàn)未閉口，類(lèi)似于開(kāi)口環(huán)狀，基本符合“絕緣受潮”類(lèi)典型曲線(xiàn)[4]。通過(guò)高壓介損試驗(yàn)結(jié)果可以基本判斷該套管主絕緣受潮。

圖1 W相高壓套管高壓介損tgδ-V

2.5 局部放電試驗(yàn)

試驗(yàn)人員隨后對(duì)該套管進(jìn)行了脈沖電流法局部放電檢測(cè)，檢測(cè)圖譜如圖2所示。

圖2 W相套管局部放電圖譜

2.6 解體檢查情況

局放試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)人員對(duì)該套管進(jìn)行了解體檢查。

解體檢查發(fā)現(xiàn)套管頂部注油孔螺栓內(nèi)無(wú)膠墊，如圖3所示，存在密封不嚴(yán)的問(wèn)題，尤其是油紙絕緣的電容套管在負(fù)壓的情況下，可能導(dǎo)致潮氣入侵[5]。撥開(kāi)電容屏發(fā)現(xiàn)首屏與第二、第三屏頂部有少許蠟狀物質(zhì)析出，如圖4所示，懷疑是輕微局部放電產(chǎn)物[6]。

圖3 W相套管頂部注油口

圖4 W相套管解體內(nèi)部情況

3 綜合分析

綜合以上油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)、高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)及解體檢查結(jié)果，分析可以得出這是一起110 kV變壓器套管絕緣受潮缺陷：套管頂部注油孔螺栓未安裝膠墊，密封不嚴(yán)，導(dǎo)致潮氣入侵，并在油紙絕緣中積累，在電場(chǎng)作用下發(fā)生輕微局部放電，產(chǎn)生特征氣體氫氣H2，微水含量逼近注意值，同時(shí)導(dǎo)致局放量超標(biāo)嚴(yán)重，高壓介損曲線(xiàn)符合“絕緣受潮”類(lèi)型[7]。

4 檢修建議

建議在公司轄區(qū)內(nèi)統(tǒng)計(jì)同廠家同批次套管保有量，結(jié)合停電安排對(duì)注油孔膠墊檢查，對(duì)沒(méi)有膠墊或者膠墊老化的情況，更換新的丁腈橡膠材質(zhì)膠墊[6-7]。

建議按照 “逢停必取油”的原則，對(duì)具備停電條件的變壓器套管，在變壓器原檢修周期之間增加一次套管停電取油，取油周期原則上不大于3年。套管取油后對(duì)油樣開(kāi)展色譜分析和微水項(xiàng)目檢測(cè)，同時(shí)應(yīng)開(kāi)展套管掃頻介電譜（FDS）檢測(cè)。取油操作及取油后取油閥及膠墊的緊固恢復(fù)情況，原則上應(yīng)由套管廠家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，廠家無(wú)法到場(chǎng)的可通過(guò)遠(yuǎn)程視頻方式進(jìn)行確認(rèn)，應(yīng)留存檢修過(guò)程影像資料。

停電檢修時(shí)應(yīng)做好套管油枕各密封面密封狀況檢查，并覆涂防水密封膠，防止套管內(nèi)部進(jìn)水受潮，同時(shí)對(duì)防水膠覆涂等關(guān)鍵工序做好照片、視頻等數(shù)字化存檔[5]。

應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化日常巡視、紅外精確測(cè)溫等帶電檢測(cè)要求，加強(qiáng)套管溫升、套管油位監(jiān)測(cè)，防止套管漏油、過(guò)熱導(dǎo)致故障。

結(jié)合變壓器停電機(jī)會(huì)，對(duì)套管末屏進(jìn)行改造，加裝套管末屏引下裝置，積極開(kāi)展電容型套管的相對(duì)介質(zhì)損耗及電容量比值帶電測(cè)試[8-10]。