一起典型的套管運(yùn)行中漏油事故分析

毛文奇，彭平，劉赟，黃福勇，王軍

（1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410004；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

一起典型的套管運(yùn)行中漏油事故分析

毛文奇1，彭平2，劉赟2，黃福勇2，王軍2

（1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410004；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

對(duì)一起典型的套管運(yùn)行中漏油事故進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)事故為套管導(dǎo)電管材質(zhì)不合格，運(yùn)行中受力斷裂套管密封失效所致，并結(jié)合故障原因?qū)μ坠艿馁|(zhì)量監(jiān)督提出了建議。

變壓器；套管；導(dǎo)電管；漏油

套管是將變壓器內(nèi)部電壓引出的裝置，是變壓器的重要組成部件之一，對(duì)保障變壓器的安全運(yùn)行和電網(wǎng)的可靠供電至關(guān)重要〔1－3〕。套管事故雖然占變壓器事故的比例不高，但套管事故引發(fā)的后果十分嚴(yán)重〔2〕。不僅會(huì)影響優(yōu)質(zhì)、可靠的電能供應(yīng)，電容芯子放電故障等還可能會(huì)導(dǎo)致套管爆炸，引發(fā)火災(zāi)等。

常見(jiàn)的套管事故有電容芯子擊穿、外絕緣閃絡(luò)、套管內(nèi)部放電、套管漏油等。

1 故障案例

某110 kV變壓器型號(hào)為SSZ11－50000/110，2015年7月投運(yùn)。主變高壓側(cè)套管型號(hào)為BRDLW－126/630－4，2014年7月出廠。某日，在現(xiàn)場(chǎng)巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)該變壓器高壓C相套管將軍帽漏油(圖1)，變壓器油位從上次巡視時(shí)的60%下降到40%，嚴(yán)重危及變壓器的安全運(yùn)行。

圖1 大量套管油漏出形成油流

隨即立即停電對(duì)故障套管及變壓器本體進(jìn)行診斷性試驗(yàn)。對(duì)故障套管和變壓器本體進(jìn)行油中溶解氣體分析試驗(yàn)，并取正常的A相套管進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從試驗(yàn)結(jié)果分析，套管和本體油中未出現(xiàn)異常的烴類(lèi)氣體，油中含氣量正常，套管和本體內(nèi)未出現(xiàn)放電或過(guò)熱故障。但分析漏油的C相套管和變壓器本體油中各氣體組分含量和脫氣量，發(fā)現(xiàn)故障套管和本體的各氣體組分含量與含氣量基本一致，且與正常的A相套管存在明顯差異。此現(xiàn)象說(shuō)明故障套管內(nèi)的油與本體油可能已經(jīng)貫通，下部密封應(yīng)已失效。

表1 油中溶解氣體分析試驗(yàn)結(jié)果

此外對(duì)變壓器本體進(jìn)行了直流電阻、絕緣電阻、介質(zhì)損耗因素、變比、繞組變形等診斷性試驗(yàn)，對(duì)套管進(jìn)行了介質(zhì)損耗因素、電容量、絕緣電阻試驗(yàn)〔4〕，試驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)異常，說(shuō)明變壓器本體和套管的絕緣性能未受到損壞。

將故障C相套管吊出變壓器檢查，發(fā)現(xiàn)套管底部法蘭金屬桶、下瓷套、均壓球均已脫落，油紙應(yīng)力錐直接裸露；套管的電容芯完好，未受損傷；套管穿心導(dǎo)電管底部緊固螺栓根部斷裂，如圖2所示。根據(jù)吊出檢查的情況分析，該套管漏油的原因:套管穿心導(dǎo)電管底部螺紋斷裂，套管頭部壓緊彈簧的壓力釋放，套管密封失效，導(dǎo)致套管頭部與上瓷套之間出現(xiàn)裂縫，套管內(nèi)部油與本體油連通，由于本體油位高于套管油位，變壓器內(nèi)部油壓較高，因此套管油從頂部將軍帽密封破損處流出。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)斷裂的套管

2 導(dǎo)電管斷裂原因分析

套管結(jié)構(gòu)如圖3所示，從套管外部看主要由套管油室、上節(jié)瓷屏、接地法蘭、下節(jié)瓷屏、均壓球組成。套管的整體密封靠油室內(nèi)部的壓緊彈簧的壓力實(shí)現(xiàn)，穿心導(dǎo)電管的頂部通過(guò)并帽與壓緊彈簧連接，底部通過(guò)螺紋與均壓球連接。套管裝配時(shí)先給彈簧施加一定壓力，然后將均壓球與導(dǎo)電桿通過(guò)螺紋緊固，然后釋放彈簧壓力，彈簧回彈的壓緊力套管整體壓緊實(shí)現(xiàn)密封。從套管的裝配工藝看，底部均壓球與導(dǎo)電管的連接處承受了較大的縱向拉力。

圖3 套管結(jié)構(gòu)

套管用彈簧的設(shè)計(jì)圖如圖4所示，單根彈簧的設(shè)計(jì)工作應(yīng)力最大值為F3為14 636 N，該套管實(shí)際使用了4根彈簧，因此其總應(yīng)力最大值為:

F＝4×14 636＝58 544(N)

圖4 彈簧設(shè)計(jì)

導(dǎo)電管的設(shè)計(jì)如圖5所示，尺寸其下端螺紋根部最小截面積為:

因此其理論最大工作應(yīng)力為:

從設(shè)計(jì)要求來(lái)看，導(dǎo)電管材質(zhì)應(yīng)為2A12－T4，屬于Al－Cu基2系硬鋁合金，設(shè)計(jì)的材質(zhì)抗拉強(qiáng)度σb≥420 MPa，設(shè)計(jì)安全系數(shù)為:η＝420/160.53＝2.57。考慮到套管運(yùn)行過(guò)程中受負(fù)荷增大、系統(tǒng)短路等情況時(shí)，導(dǎo)電管所受應(yīng)力會(huì)明顯增大，因此設(shè)計(jì)時(shí)留有較大的安全裕度。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)斷裂導(dǎo)電桿的金屬材質(zhì)發(fā)現(xiàn)為6063合金，屬于Al－Mg－Si基6系鋁合金，并未按設(shè)計(jì)要求使用2A12－T4鋁合金。6063合金的抗拉強(qiáng)度小于2A12－T4鋁合金，T4熱處理制度下 σb≥172 MPa，T6熱處理制度下σb≥241 MPa，均遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求，使得安全系數(shù)大大降低。導(dǎo)電管底部與均壓球連接處為應(yīng)力集中部位，且在經(jīng)螺紋加工以后還可能存在細(xì)微的缺陷，正常運(yùn)行時(shí)可能未超過(guò)其抗拉上限，但當(dāng)變壓器出現(xiàn)短路、負(fù)荷上升等情況，導(dǎo)電管底部螺紋處應(yīng)力會(huì)增大，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)其抗拉上限時(shí)則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電管斷裂。本次變壓器套管發(fā)生故障在7月，此時(shí)正是夏季用電高峰，變壓器負(fù)荷較大油溫較高。套管內(nèi)油受熱膨脹，導(dǎo)電管所受應(yīng)力增大，但由于材質(zhì)強(qiáng)度不夠，應(yīng)力超過(guò)其允許應(yīng)力，導(dǎo)致導(dǎo)電管運(yùn)行中斷裂，套管漏油。

3 結(jié)論

文中分析了一起典型的套管運(yùn)行中漏油故障，故障原因?yàn)樘坠軐?dǎo)電管材質(zhì)不合格，導(dǎo)致導(dǎo)電管與均壓球連接處螺紋處斷裂，套管整體密封失效，套管油與本體油連通，在本體油壓作用下套管油從頂部噴出。

隨著目前設(shè)備價(jià)格的下降，部分廠家采取偷工減料等錯(cuò)誤方式降低成本，導(dǎo)致設(shè)備存在運(yùn)行隱患，而且這類(lèi)隱患在現(xiàn)場(chǎng)往往不容易發(fā)現(xiàn)。因此設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督時(shí)，除了關(guān)注電氣設(shè)備性能以外，還應(yīng)注意對(duì)材質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，可以采取入廠抽檢、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)等方式，確保設(shè)備所使用的材質(zhì)符合要求。

〔1〕劉志軒，周金聰.幾起變壓器套管故障原因分析 〔J〕.電世界，2015，56(10):17-19.

〔2〕杜現(xiàn)秋，夏茂利，張全芳，等.兩起變壓器套管故障的原因分析及處理 〔J〕.電工技術(shù)，2016(3):52-53.

〔3〕黃明，李杰，安瑞峰.某220 kV變壓器套管故障診斷分析與處理 〔J〕.山西電力，2015(6):30-33.

〔4〕國(guó)家電網(wǎng)公司.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程:Q/GDW 1168—2013〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2014.

Analysis of a Typical Accident on Bushing Oil Leakage in Operation

MAO Wenqi1，PENG Ping2，LIU Yun2，HUANG Fuyong2，WANG Jun2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410004，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper analyzes a typical oil leakage accident of casing，and concludes that the cause was that the unqualified material of conductive tube which led to fracture and seal damage in operation.This paper proposes some suggestions about the supervision of bushing quality.

voltage transformer；casing；conductive tube；oil leakage

TM411

B

1008-0198(2017)04-0059-03

毛文奇(1981)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事變電專(zhuān)業(yè)技術(shù)與管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.017

2017-01-10 改回日期:2017-03-09