一起1000 kV變壓器高抗套管乙炔超標故障分析

彭翔天，尹建軍，高 燃，馬 凱，萬禮嵩

(國網安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥 230009)

隨著社會用電量增加，變壓器的安裝量也隨之劇增，電壓等級越來越高，特高壓高抗套管的使用量也相應增多。套管是變壓器及高抗的重要組成部件，起著高壓引線引出的絕緣和支撐作用[1-4]，油浸式電容套管因適用電壓等級高、檢修方便等優點得到廣泛應用[5-7]。但是套管缺陷或故障引發的變壓器停電事故越來越多，其中乙炔超標是套管最常見的故障之一，分析和掌握油浸式電容套管乙炔超標的主要原因，對有效預防套管及變壓器故障很重要[8]。本文針對一起1000 kV變壓器高抗套管乙炔超標的問題，通過油色譜檢測、試驗及解體檢查等分析原因，為后續套管制作工藝改進提供參考。

1 GOE型套管結構

某特高壓站1000 kV變壓器高抗套管由瑞典ABB公司2012年生產，型號為GOE2600-1950-2500-0.5-B，2013年9月正式投運。該套管主絕緣采用油浸式電容芯體，戶外空氣側外絕緣和油中端采用瓷絕緣子外套，電容芯體與上、下瓷絕緣子外套間充絕緣油。

套管結構見圖1，套管底部接線端子通過套管內部的拉桿系統與套管載流底板和導流管連接；套管頂部接線端子通過套管內部軟導流排與導流管連接。套管拉桿系統的部件由碳鋼拉桿、補償鋁管、補償鋼管、導向錐、拉桿螺母和墊圈組成；套管載流結構部件由底部接線端子、載流底板、繞制管(1000 kV特有)、導流管、導流排(軟連接形式)、定位油密封管、定位補償管、頂部接線端子組成；導流管外部通過壓緊彈簧與外瓷套機械連接[9-10]。

圖1 GOE型套管結構

2 存在問題及處理

2019年5月11日，某檢修公司年檢期間對該站1000 kV高抗套管開展離線油色譜檢測，發現C相乙炔體積分數為89.49 μL/L，測試結果如表1所示。采用三比值法分析，原因為低能放電，套管其他電氣試驗數據均符合規程要求。為確保該高抗安全運行，現場組織利用備用相套管完成更換。

表1 某1000 kV高抗C相套管油色譜測試結果 μL/L

3 套管試驗及解體檢查

3.1 套管試驗

2019年7月14日進行套管試驗,試驗順序為油中溶解氣體分析、介損及電容量、局部放電、雷電沖擊耐壓、沖擊后介損及電容量、沖擊后局部放電、工頻耐壓、工頻耐壓后介損及電容量、抽頭絕緣試驗、外觀檢查、頻域介電譜、油中溶解氣體分析。試驗數據均未見明顯異常，試驗前后的套管油色譜數據未有明顯増加。

3.2 解體檢查

2019年7月29—30日，對套管進行解體檢查。

a.套管頂部和底部接線端檢查

套管頂部導流管、壓緊彈簧和軟連接導流排部位外觀未發現明顯異常，拆解后發現：①壓緊彈簧下端定位環內壁和導流管表面存在放電燒熔痕跡，距離導流管頂端約75 cm；②導流軟連接排上部焊接部位存在可擦拭的黑色焊接痕跡，距離油枕頂部約20 cm，該部位未浸入絕緣油，如圖2所示；③套管底部黃銅底座、紫銅底座、下瓷套外表面檢查均無明顯異常。

圖2 套管頂部接線端檢查

b.套管拉桿結構系統部件檢查

套管拉桿結構系統部件如圖3所示。檢查發現：①自底部至頂部第2個拉桿連接頭下方存在黑色附著物(該位置與變壓器本體油連通)；②底部至頂部第2個拉桿連接頭上部露出13牙螺紋，下部未露出螺紋，與瑞典ABB公司拉桿安裝工藝要求的“拉桿連接頭上下應露出2～3牙螺紋”不符；③拉桿、補償鋼管、底部導向錐表面存在多處黑色可擦拭黑色附著物。

圖3 套管拉桿結構系統部件

c.套管載流結構系統部件檢查

從套管中拔出定位油密封管、定位補償管進行檢查，發現定位補償管頂部內壁存在1處明顯三角形放電燒蝕區域，對應定位油密封管部位外表面存在形態一致的放電燒蝕痕跡，如圖4所示。

圖4 定位補償管、定位油密封管放電位置

將定位油密封管、定位補償管分別截取3段1 m的樣品，再將每份樣品截取成50 cm的2段，如圖5所示，分為定位油密封管樣品1號、2號、3號和定位補償管樣品1號、2號、3號，進行材質分析。

圖5 定位油密封管、定位補償管樣品

經過合金分析光譜檢測，樣品1號、2號、3號定位油密封管及定位補償管的原材料均為6系Al-Mg-Si合金。對管表面黑色坑較嚴重的2號套管定位油密封管外壁和定位補償管內壁進行EDS能譜分析，分別做了2號定位油密封管外壁黑色坑能譜分析與基體能譜分析、2號定位補償管內壁黑色坑能譜分析與基體能譜分析，發現管內外壁都有不同程度的氧化情況，油密封管外壁黑色坑和補償管內壁黑色坑內物質氧化程度比基體處更為嚴重。整體套管出現發熱之后，金屬發生高速氧化反應，從而隨著反應出現一層又一層的氧化膜，在壁面黑色坑位置局部發熱現象更加明顯，從而氧化程度更高。另外，EDS能譜分析管內、外壁有一定含量的碳元素附著，分析變壓器油有劣化情況發生。

d.套管電容芯體檢查

將套管電容芯體逐層剝離，未發現放電痕跡，電容芯卷制管和導流管均正常，接地法蘭筒體內壁、末屏引出線均完好，未發現放電痕跡。需要注意的是，電容芯卷制管和導流管之間有專門的絕緣支撐和等電位連片，如圖6所示。

圖6 電容芯體和瓷套檢查結果

套管解體后發現，壓緊彈簧下方的定位環與導流管之間有明顯放電痕跡，定位油密封管和定位補償管間存在大量放電痕跡，定位補償管和導流管間存在多處放電痕跡。各放電點相對位置如圖7所示。

圖7 套管發生放電位置點

4 結論

綜合本次檢查情況，可以判斷此GOE型高抗套管乙炔超標的原因為載流系統多層管安裝時存在安裝工藝誤差，為防止此類隱患再次發生，套管廠家應對制造及安裝工藝加強監督，防止因制造水平問題造成設備事故。

設備運維單位應加強設備年檢及相關試驗檢測，保證及時發現此類隱患，防止發展成事故造成更大損失。