220 kV主變套管末屏絕緣異常的多狀態量綜合診斷及處理

段明才，劉赟，李志為，廖勝暉(.國網湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州43000；.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙40007)

220 kV主變套管末屏絕緣異常的多狀態量綜合診斷及處理

段明才1，劉赟2，李志為1，廖勝暉1
(1.國網湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；2.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

本文闡述了一起220 kV主變套管末屏絕緣異常案例的多狀態量綜合診斷及處理過程，分析了末屏絕緣異常機理及成因，并從設計、制造、監造、驗收、運維檢修等階段提出了相關預防措施及建議。

變壓器；套管；末屏；異常；多狀態量

套管是變壓器中一個主要部件，變壓器繞組的引線是依靠套管引出箱外的，套管起到繞組引線對地的絕緣、固定和將電流輸送到油箱外部的作用。因此它除必須具有足夠的電氣和機械強度外，還應能經受各種惡劣環境考驗及具有滿足要求的熱穩定性。110 kV及以上套管絕緣結構一般采用電容型，可確保其輻向和軸向場強分布均勻，即在導電桿上包上許多絕緣層，其間根據場強分布特點夾有許多鋁箔，以組成一串同心圓柱形電容器。最外層鋁箔即末屏，也稱為測量端子，通過小套管引出，通過末屏可以測量末屏對地絕緣、介損、電容量、局部放電量等，從而能有效地對變壓器健康狀況進行監測。末屏在運行中應接地，如果套管末屏接地不良，將在末屏接地不良處形成很高的電壓，造成末屏對地放電，甚至造成套管炸裂，嚴重危及變壓器安全運行〔1－4〕。

1 外置式套管末屏結構

變壓器套管末屏接地方式大致可分為外置式和內置式，由于本文所涉及的套管末屏為某廠較早的外置式接地結構。

外置式套管末屏通過外部金屬軟線接地，在套管法蘭處有絕緣小瓷套，末屏接地引出線穿過小瓷套通過引線柱(螺桿)引出，引線柱對地絕緣，外部通過接地金屬軟線與接地部位底座金屬相連如圖1所示。

圖1 末屏圖

這種接地方式的特點是可以直觀地看到套管末屏接地情況，缺點是外連硬接觸若引線柱長度伸出長度和接地外螺紋尺寸配合不當，會造成套管末屏接地不良。另外該末屏引出線與引線柱的連接非焊接，而是采用小螺栓緊固，運行中存在小螺栓松動而引起引出線松脫、斷線隱患。

2 末屏絕緣異常診斷分析及處理

2.1 套管基本信息

某220 kV變電站1號主變中壓側A相套管為油紙電容式變壓器套管，額定電壓110 kV，額定電流1 200 A，額定電容為376 pF，制造日期1980年12月，該套管末屏接地方式為外置式。

2.2 異常情況診斷及分析

1)2016年11月6日，在對1號主變例行試驗時，發現中壓側A相套管末屏對地絕緣電阻僅為56MΩ，其不滿足規程要求≥1 000MΩ(注意值)，其余相套管試驗數據均正常，見表1。

表1 2016年中壓側套管試驗數據

2)上次例試時間為2013年10月，其中壓側套管末屏數據均正常，見表2。

表2 2013年中壓側套管試驗數據

從表1和表2的數據對比可以看出此次數據與2013年10月數據相比，A，B，C三相套管介損均有所增加，但在滿足要求范圍內，且電容量變化很小，而1號主變中壓側A相套管末屏對地絕緣電阻下降嚴重，由2013年的4 500MΩ降至56MΩ。

3)依據文獻〔5〕Q/GDW 1168—2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》第5.7.2.3規定:當套管末屏絕緣電阻不能滿足要求時，可通過測量末屏介質損耗因數作進一步判斷。于2016年11月7日，采用反接不帶屏蔽、帶屏蔽(導體端)法分別對1號主變中壓側A相套管末屏介損進行測量，測試數據見表3。

表3 中壓側套管末屏試驗數據

從表3可以看出測量結果表明，反接不帶屏蔽和帶屏蔽(導體端)法測試出的1號主變中壓A相套管末屏介損分別為1.69%，2.207%，均超過1.5%(注意值)。

4)為了進一步確定缺陷部位，取中壓側A相套管油樣進行色譜分析，數據見表4。

表4 套管油色譜數據μL/L

從表4可以看出套管內部無放電性缺陷。

綜合1號主變中壓側A相套管末屏對地絕緣電阻、末屏介損及套管油色譜結果，可以判定A相套管主絕緣是合格的，排除套管主絕緣劣化、受潮，因此初步診斷為末屏絕緣不良，可能為以下3種情況:①套管末屏外部絕緣受潮致使主絕緣數據良好，但末屏絕緣數據下降嚴重；②套管出現密封不良，有少量水分或潮氣進入，但尚未侵入套管主絕緣，引起套管末屏絕緣異常〔6〕；③其他末屏內部絕緣不良問題。

2.3 處理情況

2.3.1 接地軟線檢查

對末屏接地線檢查，接地線正常，未有斷裂現象，對接地部分的防腐油漆清理干凈，測量絕緣電阻基本無變化。

2.3.2 烘烤處理

用抹布蘸丙酮擦拭末屏引出套管外露部分，然后用800W電吹風對準末屏固定座與末屏接線柱之間的縫隙進行熱吹風，并且每隔15 min進行1次末屏絕緣電阻測試，掌握其變化規律。經過較長時間的熱風干燥，末屏對地絕緣電阻有較大提升，最高達400 MΩ，但當引線柱(螺桿)充分冷卻后，絕緣電阻又有較大程度的下降，最低已降至200MΩ，從處理的情況看末屏絕緣有稍微受潮現象，導致末屏絕緣降低，但不是引起末屏絕緣異常的主要原因，并且可以排除套管末屏表面臟污原因。

2.3.3 整體旋轉末屏處理

綜合上述診斷分析及處理情況，最終診斷為套管末屏引出線較長，引出線彎曲程度最大處與內法蘭距離較近，甚至可能搭接，導致末屏對地絕緣下降。

隨即對套管末屏進行了整體旋轉適當角度處理，具體過程為:

1)松開末屏外部引線柱(螺桿)側螺帽，斷開接地金屬軟線；

2)用內六角扳手松開末屏底座4個緊固螺栓后，將末屏整體輕輕向外拉出1～2 cm，發現內部引出線較長，超過正常長度2～3 cm，輔助人員迅速用棉布堵住末屏引出線口；

3)擰開末屏外部引線柱(螺桿)側并帽，將引線柱小距離內推后，小角度旋轉引線柱，然后整體將末屏順時針旋轉約180°后，進行復原處理，并抹干油跡；

4)由于套管負壓的作用，在旋轉套管末屏過程中流出少量變壓器油，觀察套管頂部油位有少許下降，仍在允許范圍內無需補油；

5)處理后對套管進行試驗，試驗數據正常，末屏對地絕緣電阻超過30 000 MΩ，末屏介損0.28%，套管電容量Cx為361.6 pF，套管介損tgδ為0.236%，滿足要求，說明套管末屏在整體旋轉過程中，并未引起末屏引出線斷裂等現象。

2.3.4 剪線處理

從套管末屏整體旋轉處理的結果看，驗證了套管末屏對地絕緣異常的綜合診斷分析的正確性，原因為末屏引出線較長、引出線彎曲，彎曲程度較大處與內法蘭距離較近，甚至可能搭接，導致末屏對地絕緣下降。因此本次將末屏引出線做了適當剪線處理，處理后復原到旋轉前狀態，試驗結果正常。

3 末屏絕緣異常機理及成因

3.1 套管末屏絕緣等效模型

套管末屏對地絕緣部分主要由末屏引出線絕緣、變壓器油絕緣、末屏小套管內部、末屏小套管外露部分、空氣絕緣等組成，可將末屏絕緣組成部件等效為絕緣電阻，其為并聯關系，因此可以得到圖2的末屏對地絕緣等效模型，末屏對地絕緣電阻等值按式(1)計算:

當式(1)中的R2阻值變小時，其他電阻假設不變，那么總的絕緣電阻也將變小，這類似于木桶原理，即末屏絕緣電阻的大小，取決于最薄弱處的絕緣電阻大小。

圖2 末屏絕緣等效模型

3.2 原因分析

從末屏試驗及相關的處理情況來看，本案例中末屏對地絕緣電阻異常的原因主要有:

1)末屏絕緣有輕微受潮。采用電吹風烘烤末屏絕緣表面潮氣，絕緣電阻并為呈穩定增長趨勢，而是出現了加熱增長，冷卻后下降現象，即由加熱最高達400 MΩ，但當引線柱(螺桿)充分冷卻后，絕緣電阻又有較大程度的下降，最低已降至200 MΩ并基本穩定，由原來的56MΩ提高到200MΩ，說明末屏絕緣有輕微受潮，導致末屏絕緣下降。另外末屏密封件密封性能有所下降，從現場檢查來看，末屏底座的密封圈有老化現象。但這并不是引起末屏絕緣下降的主因。

2)末屏引出線與內法蘭距離較近。由于末屏引出線與內法蘭距離較近，使得末屏絕緣等效模型中的電阻R2變小(研究表明導體通過變壓器油與地絕緣，導體絕緣電阻的大小與地之間的距離近似呈線性關系)，那么末屏對地絕緣電阻R也將變小，增大末屏引出線與內法蘭之間的距離，則末屏對地絕緣電阻R也將增大。

導致末屏引出線與內法蘭距離較近原因:

1)可能是在2013年對1號主變中壓側A相套管末屏對地絕緣電阻測試合格后(拆開了接地金屬線靠引線柱側螺栓)，恢復所拆接地金屬線時可能引起末屏內部引出線也跟著同時轉動，導致小套管內部引出線彎曲部分與中間法蘭距離不夠，可能局部已搭接至內法蘭；

2)末屏引出線長度較長，電容芯子與引線柱之間的引出線存在彎曲，為套管末屏引出線與內法蘭距離較近提供條件；

3)可能電容芯子接地屏引出至小套管內部引線柱的焊點偏離引出孔位置〔7〕；

4)該末屏引出線與引線柱的連接為小螺栓固定式，非焊接，引出線并未在引線柱的中間位置。

整體旋轉末屏180°后，使末屏引出線彎曲程度最大部位與內法蘭之間的距離增大，從而增大了末屏對地絕緣電阻。末屏內部情況見圖3。

圖3 屏內部示意圖

值得強調的是整體旋轉末屏法建議只能作為問題排查的一種方法，不能作為最終處理方式，以免引起引出線因旋轉而受扭力使焊接部分斷裂或導致緊固小螺栓松動而斷線。

4 預防措施及建議

為預防類似末屏絕緣異常情況的出現，下面從設計、制造、監造、驗收、運維檢修等階段提出了相關的預防措施及建議:

4.1 設計階段

由于該變壓器套管末屏制造日期為1980年，為某廠早期老舊型套管末屏，末屏引出線與引線柱的連接為小螺栓緊固，在設計上存在缺陷，容易使引出線偏離引線柱的中心，另外也容易引起引出線松動而懸浮，建議采用焊接式連接方式。

4.2 制造階段

廠家在套管制造時，應嚴格按照變壓器制造標準工藝要求，確保電容芯子接地屏引出至小套管內部引線柱的焊點未偏離引出孔位置；同時為便于套管末屏更換，廠家在制造階段會將末屏引出線預留一定長度，但不能預留過長，以免引出線最大彎曲處與內法蘭距離較近而造成末屏絕緣電阻異常。

4.3 監造階段

在套管出廠監造階段，監造人員應仔細檢查套管末屏引出線的連接形式、引出線的預留長度及引出線至電容芯子的焊點是否偏離引出孔位置等。

4.4 驗收階段

1)驗收人員應嚴格按照驗收標準要求對套管末屏進行驗收，檢查末屏接地金屬線接地是否可靠、外觀是否正常、有無開裂痕跡等，確保末屏隱患及時發現，杜絕變壓器帶病投運。

2)在交接試驗時，建議開展末屏電容測量，便于運維檢修階段通過比對初始值發現異常。

4.5 運維檢修階段

1)嚴格按照文獻〔5〕相關要求，開展變壓器及相關附件的交接、例試日常巡視及帶電檢測工作。

2)在對變壓器套管末屏進行試驗和檢查過程中，要注意避免對接地金屬軟線拆卸可能會導致末屏內部引出線脫落或引線柱轉動使末屏引出線彎曲部位與內法蘭距離較近，導致末屏絕緣異常，建議應用專用工具進行拆裝。

3)對套管法蘭和變壓器進行防腐過程中，應對末屏小瓷套、末屏底座、接地金屬軟線采取保護性措施，避免油漆噴到小瓷套上面，若噴到應立即采用丙酮、無水乙醇進行清洗。

4)建議高壓套管末屏接地處金屬部位不應噴漆，已經噴漆的金屬表面也不能進行工藝處理，避免導致末屏接觸不良。

5)末屏絕緣異常的診斷分析應結合末屏的多狀態量，如末屏介損、電容量、油色譜等，以實際檢查處理情況進行精確定位及綜合診斷分析。

5 小結

本文依據變壓器套管末屏的多狀態量，如末屏對地絕緣、末屏介損、電容量、油色譜結果等，采用了烘烤、旋轉末屏、剪線等處理，成功診斷并處理了這起因套管末屏引出線與內法蘭距離較近而引起末屏絕緣異常的案例，處理后的試驗結果驗證了診斷過程及處理方法的正確性和實用性，并提出了設計、制造、監造、驗收、運維檢修階段的預防措施及建議，為變壓器套管末屏類似問題的診斷及處理提供參考。

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〔2〕蘇冬河.110 kV變電站高壓側套管末屏絕緣電阻低缺陷原因分析〔J〕.農村電氣化，2016(05):31-32.

〔3〕申琦，姚軍.220 kV變壓器套管末屏缺陷分析及其預防措施〔J〕.安徽電力，2012，(01):20-23.

〔4〕趙璐，項旭楊，姚紅偉.常接地結構的高壓套管末屏接地故障原因分析〔J〕.華東電力，2014(08):1586-1588.

〔5〕國家電網公司.輸變電設備狀態檢修試驗規程:Q/GDW1168—2013〔S〕.北京:中國電力出版社，2014.

〔6〕陳潤晶，王世閣.油浸電容式套管末屏故障分析及處理〔J〕.變壓器，2009(03):63-68.

〔7〕鐘家喜.雷諾爾套管末屏絕緣不良的分析與處理〔J〕.高壓電器，2005(04):315-317.

Many State Com prehensive Diagnosis and Treatment of Bushing Tap Insulation Resistance Abnormality of 220 kV Main Transformer

DUAN Mingcai1，LIU Yun2，LIZhiwei1，LIAO Shenghui1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper expounds a many state comprehensive diagnosis and treatment process of a case of the 220kV main transformer bushing tap insulation abnormality.It analyzes the mechanism and causes of tap insulation abnormality，and puts forward related preventive measures and suggestions in these phases of design，manufacture，supervision，acceptance and operationmaintenance.

voltage transformer；bushing；tap；abnormality；many state

TM407

B

1008-0198(2017)03-0072-04

段明才(1985)，男，湖南郴州人，工程師，碩士，主要從事變電一次設備檢修。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.020

2016-12-08 改回日期:2017-02-22