一起變壓器套管末屏缺陷診斷及建議

王統賓

(國網甘肅省電力公司慶陽供電公司，甘肅 慶陽 745000)

一起變壓器套管末屏缺陷診斷及建議

王統賓

(國網甘肅省電力公司慶陽供電公司，甘肅 慶陽 745000)

介紹了某110 kV變壓器套管缺陷的發現、診斷及套管解體檢查的整個過程，分析未能盡早發現缺陷的原因，指出早期生產的變壓器套管應按狀態檢修試驗規程執行，并對變壓器套管做油中氣體色譜分析試驗，確保設備的安全、穩定運行。

變壓器；電容式套管；色譜分析

1 概述

變壓器是電力系統中擔負電壓轉換、電能傳輸和終端分配的重要電力設備。變壓器套管是大型電力變壓器的主要附件之一，是變壓器的重要絕緣部件。由于變壓器套管體積小、充油量少、一般只有幾十kg，但電壓承受等級卻很高，一旦發生故障，特別是油浸紙絕緣電容式套管，必將造成變壓器損壞；且由于變壓器套管數量眾多、結構復雜、維護周期長、檢修難度大，一旦出現嚴重故障可能在短期內無法修復，將嚴重影響電網的安全、可靠運行。

110 kV及以上電力變壓器高壓出線套管多為油浸紙絕緣電容式套管，它可將變壓器內部的高壓引線引至油箱外部的出線裝置，既可對地絕緣，又可固定引線。變壓器套管是載流元件之一，長期通過負載電流，因此必須具有良好的熱穩定性，以承受短路時的瞬間過熱；同時還應滿足體積小、重量輕、通用性強、密封性能好且便于維護檢修等特點，即套管必須具有足夠的電氣強度和機械強度。

對多年的全國電力變壓器事故數據進行統計分析，結果顯示：高壓套管本身發生的事故或因其導致變壓器發生的事故約占變壓器年總事故的15 %。各種事故表明：出線套管是變壓器絕緣的薄弱環節，一旦發生事故就會危及變壓器的安全運行，嚴重時甚至可能發生爆炸或引起火災。對油浸紙絕緣電容式套管長期運行狀況進行調查，發現存在套管密封墊圈老化、套管漏油、滲水、維護不到位等現象，造成套管電氣絕緣性能下降。因此，應對運行中的油浸紙絕緣電容式套管加強監視，及時進行檢修、維護及試驗，提前采取防范措施，確保設備安全穩定運行。

2 油浸紙絕緣電容式套管結構及工作原理

油浸紙絕緣電容式套管由內部的電容芯子、導管和頭部的儲油柜，中部的安裝法蘭，尾部的均壓球等組成。套管絕緣由內、外絕緣構成。外絕緣指的是套管外絕緣瓷套，是盛裝變壓器油的容器；內絕緣指電容芯子，其絕緣層以導電桿中心線為軸心。電容芯子是由絕緣紙和鋁箔電極在導電管上卷繞而成的同心圓柱型串聯電容器，經真空干燥除去其內部的空氣與水分，并用變壓器油充分浸漬處理后成為電氣性能極高的油紙組合絕緣體。導管是銅管，既是電容芯子的骨架，又是電纜引線的通道，也可作第一屏(零屏)。通常把最里面的電容屏作為零屏，零屏上端與導管相連。電容芯子最外邊的電容屏為末屏(地屏)。在套管中心，銅導電管處于額定電壓電位，而其最外側接近接地法蘭處是地電位。電容式結構可以利用電容分壓原理調整電場，使套管中心銅管與接地法蘭間的徑向和軸向電場分布最均勻，保證套管的局部放電量很低，電位由中心的最高電位降低到最外側的地電位。

末屏在接地小套管處卷上銅帶，銅帶與接地小套管銅棒直接接觸，接觸面為平面，接觸壓力來源于銅棒后面的彈簧，接地小套管另一端通過連接片或鐘罩與安裝法蘭一起接地。末屏在運行中應良好接地，如果由于各種原因造成末屏接地不良,則末屏對地會形成一個電容，而這個電容遠小于套管本身的電容。按照電容串聯原理，將在末屏與地之間形成很高的懸浮電壓,造成末屏對地放電，燒毀附近的絕緣物，嚴重時還會引發套管爆炸事故。

3 某主變110 kV側套管缺陷狀況

2013-06-26，A公司電氣試驗班在對某110 kV變電站2號主變進行例行試驗時，發現該主變110 kV側B相套管電容量、介質損耗因數均異常。套管銘牌參數及例行試驗結果如表1～3所示。

表1 2號主變110 kV側套管銘牌參數

表2 2號主變110 kV側套管絕緣電阻測試MΩ

表3 2號主變110 kV側套管介損試驗

試驗數據顯示，B相套管的一次對末屏的介損值變大、電容量很小；末屏對地的介損值超標，電容量也很小。懷疑是因為套管的末屏與末屏測量端子之間的連接狀態不良，末屏對地形成一個遠小于套管本身的電容，故在10 kV的測量電壓下測得套管的電容量很小。而在運行的高電壓下，按照電容串聯原理，將在末屏與地之間形成較大的懸浮電壓，導致末屏對地放電，因此懷疑套管內部在運行時有放電現象。

對2號主變110 kV側三相套管取油樣進行油中氣體色譜分析試驗時，發現B相套管油顏色深黃并有大量氣泡，其色譜試驗結果如表4所示。

表4 2號主變110 kV側套管油色譜試驗ppm

從表4可以看到，三相套管內部均存在放電現象，但放電程度有所不同。B相從火花放電發展到電弧放電，說明B相套管的末屏對地處于開路狀態；A，C相套管的末屏接地處于接觸不良的狀態。

4 套管返廠解體檢查情況

2013-07-25，B相套管返廠解體檢查，解體情況如下：

(1) B相套管放出的變壓器油變色，呈黃黑色；

(2) B相套管的末屏引出裝置的頂針因放電已經燒熔；

(3) 套管解體電容芯子外觀發黑，電容芯子末屏處有直徑1 cm的孔洞。

由此可以判斷，放電產生的原因是該套管在裝配時，末屏引出裝置的頂針與套管的電容芯子末屏預留孔中心偏移過大，在變壓器運行時產生的震動作用下，末屏引出裝置的頂針偏出預留孔，頂在絕緣紙上，造成末屏開路，產生十幾kV的電壓。導致套管末屏對末屏引出裝置的頂針放電，繼而引起電容芯子的極板貫穿性擊穿，使套管損壞。

5 分析及建議

2號主變110 kV側的三相套管在2011年的介損和電容量試驗數據均合格，在本次例行試驗中，也只發現B相套管存在問題。但在套管油色譜分析試驗中卻發現3相套管均存在問題，B相套管的油中有大量的乙炔、氫氣、甲烷、乙烯、乙烷，這說明放電強度劇烈，放電時間已經很長。

由此可以判斷，與電氣試驗相比，油中氣體色譜分析試驗具有更高的靈敏度，它可及早發現充油設備的內部缺陷。

為避免再次發生此類故障，建議采取如下措施。

(1) 建議套管生產廠家對這一批次套管的裝配工藝進行分析及檢查，改進裝配工藝，提高質量。查明此批次套管是否存在家族性結構缺陷，并及時告知相關的變壓器廠家和用戶。

(2) 對電網內運行的所有變壓器充油高壓套管進行排查，對于有可能是同一批次的套管應盡快安排停電試驗。

(3) 在進行例行試驗時，在條件允許的情況下，應開展油中氣體色譜分析試驗。

(4) 通過紅外成像等帶電監測手段，對套管本體和末屏等易發熱部位進行實時測溫，以便于及時發現缺陷。

(5) 對110 kV及以上電壓等級的變壓器進行檢修或例行試驗時，應對套管末屏進行重點檢查并及時處理異常情況。

1 Q/GDW1168—2013國家電網輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].

2 陳天翔，王寅仲．電氣試驗(第二版)[M]．北京：中國電力出版社，2005.

2014-07-07。

王統賓(1974-)，男，助理工程師，主要從事變電運檢工作，email：wddn@qq.com。