變壓器套管耐壓擊穿事故的分析

林展洪，傅永和，葉夏林

（1.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東電力設(shè)備廠，廣東廣州 510285；2.東莞市廣安電氣檢測中心有限公司，廣東東莞 523000；3.廣東省輸變電工程公司，廣東廣州 510160）

0 引言

變壓器交接試驗作為投運(yùn)前的必要檢查，是驗證變壓器正常運(yùn)行的可靠手段。由于現(xiàn)場環(huán)境的限制，工頻耐壓試驗是現(xiàn)場交接試驗最嚴(yán)格的考核辦法之一，工頻耐壓試驗的目的是考核繞組對地和繞組之間的主絕緣強(qiáng)度[1]。正確地按照規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐壓試驗既是考核變壓器質(zhì)量狀態(tài)的手段，也是減少現(xiàn)場安裝事故的重要保障。

1 事故情況描述

產(chǎn)品名稱：110 kV有載電力變壓器、油浸紙電容式套管；變壓器型號：SZ11-63000/110；中性點(diǎn)套管代號：OT408M；中性點(diǎn)套管型號：BRDLW-72.5/630-3。

2012年8月，某變電站安裝工程隊在對一臺110 kV變壓器高壓中性點(diǎn)進(jìn)行工頻耐壓試驗（交接試驗）時，試驗電壓112 kV（140 kV×0.8=112 kV）[2-3]，進(jìn)行至59秒時變壓器本體靠近有載調(diào)壓開關(guān)處有放電聲音，試驗設(shè)備保護(hù)跳閘，變壓器疑似發(fā)生擊穿現(xiàn)象。隨后，安裝隊對變壓器進(jìn)行第二次工頻耐壓試驗，電壓升至58 kV進(jìn)行時變壓器本體靠近有載調(diào)壓開關(guān)處有放電聲音，試驗設(shè)備保護(hù)跳閘。

2 事故分析

為判斷放電性質(zhì)及部位，根據(jù)現(xiàn)場情況分別對主體和套管進(jìn)行了絕緣電阻測量、介質(zhì)損耗和電容值測量及油色譜分析試驗。

2.1 變壓器主體絕緣試驗

主體耐壓前后絕緣試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 套管絕緣試驗

套管耐壓前后絕緣試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

2.3 油色譜分析試驗

在取主體油樣和零相套管油樣時發(fā)現(xiàn)，中性點(diǎn)套管油位滿格，打開油塞取油樣時，發(fā)生噴油現(xiàn)象，未能取套管油樣。耐壓前后主體油色譜分析試驗數(shù)據(jù)如表3所示：

表1 變壓器主體耐壓前后絕緣試驗數(shù)據(jù)

表2 套管耐壓前后絕緣試驗數(shù)據(jù)

表3 主體油中溶解氣體色譜分析μl/l

2.4 事故初步推斷

從上述數(shù)據(jù)可以初步推斷出該臺變壓器的中性點(diǎn)套管發(fā)生貫通性放電，使套管內(nèi)部電容結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變。從套管取油塞噴油可推斷該中性點(diǎn)套管下瓷件已經(jīng)破裂，造成套管內(nèi)部絕緣油已和主體油貫通。

3 事故排查

為保證事故分析的準(zhǔn)確性，變壓器排油后吊罩前進(jìn)入油箱查證。入箱檢查發(fā)現(xiàn)變壓器油箱底有套管瓷瓶碎片，中性點(diǎn)套管下瓷件有炸裂現(xiàn)象，下瓷套脫落面積約有下瓷套面積的40%（見圖1），其它如中性點(diǎn)引線絕緣情況、A相引線絕緣以及中性點(diǎn)至開關(guān)引線絕緣情況，均沒發(fā)現(xiàn)有放電痕跡，其它引線和高壓套管未發(fā)現(xiàn)異常，未發(fā)現(xiàn)引起中性點(diǎn)套管擊穿的疑點(diǎn)，亦未發(fā)現(xiàn)由套管爆裂放電故障而造成的變壓器內(nèi)部放電和損傷痕跡。故將檢查重點(diǎn)放在中性點(diǎn)套管上面。

圖1 中性點(diǎn)套管下瓷套炸裂情況

3.1 套管外觀檢查

套管下瓷件開裂，部分瓷件脫落，套管整體壓力未釋放，套管瓷件密封完好，上瓷件與油枕、下瓷件與法蘭沒有發(fā)生竄位，下絕緣錐體表面有貫穿性放電痕跡，套管末屏帽內(nèi)部完好沒有放電痕跡，套管頭部取油口密封性完好，密封膠圈壓縮量正常，無滲漏現(xiàn)象，套管下均壓球表面光滑無放電痕跡（見圖2）。

圖2 套管外觀檢查情況

3.2 套管主體解剖

套管其芯子絕緣外觀檢查沒有發(fā)現(xiàn)受潮痕跡及水漬，上油枕密封，軸向及橫向密封完好沒有水漬，上油枕內(nèi)壁及彈簧、壓板沒有發(fā)現(xiàn)水漬，密封完好。套管外絕緣表面完好，沒有發(fā)現(xiàn)水漬。

3.3 電容芯子解體

套管絕緣芯子末屏引線完好，絕緣芯子直線段絕緣表面有三個擊穿點(diǎn)（見圖3），擊穿點(diǎn)的位置在末屏引線左上部300 mm左右，套管下絕緣錐體梯度部分有貫穿性放電痕跡，逐層檢查電容屏（共19屏）基本全部擊穿，末9屏絕緣紙邊沿到電容屏間有明顯爬電痕跡有炭黑狀（見圖4），導(dǎo)電桿下部表面發(fā)現(xiàn)有放電點(diǎn)（見圖5）。

圖3 套管絕緣芯子的三個擊穿點(diǎn)

圖4 套管電容屏末9屛的爬電痕跡

圖5 套管導(dǎo)電桿上的放電點(diǎn)

4 事故原因分析

根據(jù)套管擊穿處爬電軌跡和擊穿點(diǎn)大小可以推斷出，擊穿點(diǎn)放電時沿著套管椎體表面爬電至擊穿點(diǎn)位置時由于絕緣距離的縮短，導(dǎo)致末9屏對末屏放電接地，隨之引發(fā)末9屏與零屏間的電容屏的擊穿，最終造成套管主絕緣全部擊穿，繼而使套管內(nèi)壓力驟增，從而造成下瓷套部分炸裂。

結(jié)合變壓器設(shè)計圖紙分析和現(xiàn)場觀察測量，并未發(fā)現(xiàn)引起套管擊穿的疑點(diǎn)，從觀察套管外絕緣和內(nèi)部構(gòu)件情況，也沒發(fā)現(xiàn)進(jìn)水或受潮痕跡，綜合前文分析可以排除了套管及變壓器本身質(zhì)量和受潮的可能，并且套管擊穿亦未對變壓器其他構(gòu)件造成損傷。

在檢查現(xiàn)場試驗設(shè)備時發(fā)現(xiàn)，試驗人員存在誤操作造成過電壓的可能。現(xiàn)場工頻耐壓試驗設(shè)備為上海思源電氣股份有限公司生產(chǎn)的變頻串聯(lián)諧振設(shè)備，補(bǔ)償電抗每節(jié)67 kV，試驗時四節(jié)串聯(lián)使用，電容分壓器兩節(jié)串聯(lián)使用，分壓器量程為300 kV，設(shè)備理論上最高可輸出67×4=268 kV。該設(shè)備操作時菜單界面選擇上有分壓器量程選擇，開機(jī)時默認(rèn)低量程（一節(jié)分壓器）。如果分壓器實際使用高量程（兩節(jié)分壓器），而在菜單選擇中沒有及時修改默認(rèn)量程，會導(dǎo)致錯用低量程的變比，使顯示電壓只有實際施加電壓的一半。

工頻耐壓試驗對于固體有機(jī)絕緣來說屬于破壞性試驗，會使絕緣強(qiáng)度逐漸降低，形成內(nèi)部劣化的累計效應(yīng)。因此必須正確地選擇試驗電壓和耐壓時間，實際上國家根據(jù)各種設(shè)備的絕緣材質(zhì)和可能遭受的過電壓，規(guī)定了相應(yīng)的出廠試驗電壓標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場試驗電壓標(biāo)準(zhǔn)[4]。本次事故擊穿的套管出廠時間為2011年4月，出廠試驗為工頻耐壓147 kV 1 min，雷電全波沖擊負(fù)極性耐壓325 kV，試驗正常。套管在安裝在變壓器上后，變壓器出廠試驗工頻耐壓140 kV 1 min，試驗正常。而安裝現(xiàn)場工頻耐壓112 kV 1 min，套管擊穿。套管生產(chǎn)廠家追蹤該生產(chǎn)批次的套管并未發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量事故出現(xiàn)。

綜合上述分析并結(jié)合各方專家的討論意見，可以大致上還原事件本身：施工隊伍在對變壓器進(jìn)行工頻耐壓試驗，在調(diào)整試驗設(shè)備時未有正確設(shè)置分壓比，導(dǎo)致施加電壓為試驗電壓的兩倍，即為112×2=224 kV，從而引起套管電容層的擊穿，最終引起套管的炸裂，耐壓試驗失敗。

5 事故總結(jié)

本次事故不但造成了施工各方的經(jīng)濟(jì)損失，而且耽誤了項目現(xiàn)場的施工工期和極大的社會資源浪費(fèi)。在追究本次事故起因的過程中，凸顯了目前社會上安裝交接試驗施工的各種隱患，為防止類似的事故發(fā)生，提出以下幾點(diǎn)建議：

（1） 嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)施工、規(guī)范施工行為，本次事故中，部分施工人員喜歡按習(xí)慣施工，在變壓器發(fā)生第一次疑似擊穿情況下，未認(rèn)真分析排除問題即進(jìn)行第二次耐壓導(dǎo)致二次擊穿，一定程度加重了擊穿的嚴(yán)重性；

（2）落實檢查監(jiān)督工作，做好工作記錄，本次事故中，現(xiàn)場人員試驗前明顯沒有履行相關(guān)的檢查監(jiān)督程序，沒有記錄試驗時設(shè)備電流的變化情況，試驗步驟亦缺少相關(guān)的記錄，增加了排查事故根源的難度；

（3）加強(qiáng)施工隊伍對施工標(biāo)準(zhǔn)和程序的熟練程度，必要時進(jìn)行集中培訓(xùn)教育；

（4）完善事故應(yīng)急處理方案，減少不必要的損失。

工頻耐壓試驗時施加在試品的電壓相對較高，并且國家標(biāo)準(zhǔn)對于不同等級的變壓器都規(guī)定了相應(yīng)的絕緣水平，如果施加超過了試品相應(yīng)絕緣水平的電壓，必然會損傷試品的絕緣性能甚至發(fā)生絕緣擊穿現(xiàn)象。為保證變壓器現(xiàn)場安裝交接試驗和變壓器長期安全可靠的運(yùn)行，現(xiàn)場各方人員必須高度重視此問題，務(wù)必保證試驗的準(zhǔn)確性。

［1］胡啟凡.變壓器試驗技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］GB 1094.3-2003.電力變壓器第3部分絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙［S］.

［3］GB 50150-2006.電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］李建明.高壓電氣設(shè)備試驗方法［M］.北京：中國電力出版社，2001