一起500kV 主變套管電容量及介損異常分析

吳 凱 張緯怡

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 鎮(zhèn)江供電分公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

變壓器要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部繞組引線引出至油箱外部，需要套管這一主要元件作為載體，既使引線對地絕緣，也能固定連接引線。油紙電容型套管，也就是通過多層絕緣層、以及各絕緣層間的鋁箔來實(shí)現(xiàn)主導(dǎo)電臂的包裹絕緣，是電壓等級在110 千伏及以上的套管的主要絕緣結(jié)構(gòu)，以主導(dǎo)電臂為圓心形成一大串同心圓柱形電容器，通過電容分壓的原理均勻電場。在最外層的鋁箔經(jīng)過小套管向外引出，稱為套管末屏。因?yàn)樘坠荏w積不大，導(dǎo)致電容量也很小[1]（幾百皮法左右），因此套管的老化、內(nèi)部進(jìn)水受潮以及套管其他局部性的缺陷都可以通過套管介質(zhì)損耗的測量數(shù)據(jù)反映；如果油型套管內(nèi)部出現(xiàn)問題，比如連接小套管斷線或接觸不良、內(nèi)部嚴(yán)重少油、電容層局部擊穿等，也可通過電容量變化的測量數(shù)據(jù)來反映。

1 故障概況

在某次例行試驗(yàn)中，以500 千伏變電站內(nèi)#1 主變高壓套管為試驗(yàn)對象，套管的型號為500HC639，制造廠家為（英國）傳奇電氣有限公司，生產(chǎn)日期是2000 年6 月，進(jìn)行電容量和介損的測試數(shù)據(jù)采集。試驗(yàn)過程中，如表1 所示，發(fā)現(xiàn)A 相高壓套管電容量及介損超標(biāo)[2]。隨即采集套管油樣進(jìn)行油色譜和微水試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表1 A 相高壓側(cè)套管電容量及介損試驗(yàn)值

表2 A 相高壓套管油色譜和微水試驗(yàn)值

2 理論分析

在停電試驗(yàn)前一周對套管進(jìn)行紅外精確測溫，試驗(yàn)結(jié)果見表3，未發(fā)現(xiàn)異常。

表3 高壓套管紅外測溫溫度

同時歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)也正常，結(jié)合停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)和絕緣油試驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步懷疑套管內(nèi)部存在如下缺陷[3]：

（1）介損超標(biāo)，套管內(nèi)部可能受潮或者存在局部缺陷；（2）電容量增大，套管內(nèi)電容屏可能局部被擊穿；（3）油中水分含量為14.8mg/L，小于規(guī)程規(guī)定的15mg/L，說明套管內(nèi)部沒有進(jìn)水受潮；（4）油色譜中特征氣體氫氣和甲烷含量占據(jù)主要部分，乙炔和乙烷含量占據(jù)次要部分，說明套管油紙絕緣中存在局部放電；（5）油色譜中特征氣體存在乙炔，但是不能確定套管內(nèi)部是低能量的局部放電還是電弧放電，于是對特征氣體進(jìn)行三比值編碼：，編碼為1；，編碼為2；，編碼為1，三比值編碼組合是“121”，初步判斷為低能量放電兼過熱故障。

結(jié)合以上幾點(diǎn)分析，初步判斷套管內(nèi)部長期存在低能量局部放電，導(dǎo)致電容紙被局部擊穿，從而引起電容量增大和介損超標(biāo)以及絕緣油中出現(xiàn)特征氣體。

3 返廠解體試驗(yàn)

3.1 絕緣油試驗(yàn)

本次試驗(yàn)從套管頂部取油，由于套管在運(yùn)輸過程中平放，頂部儲油柜內(nèi)的絕緣油與瓷套內(nèi)的絕緣油充分交換，油中溶解氣體再次平衡，本次檢測數(shù)據(jù)較現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)高。油色譜檢測結(jié)果顯示乙炔、總烴、氫氣均嚴(yán)重超標(biāo)，與現(xiàn)場檢測結(jié)果特征一致。

3.2 密封性檢查

在套管解體過程中先把其頂部將軍帽拆除，頂部有兩個流油孔在橡膠軟木墊下部，橡膠軟木墊無異常，將軍帽內(nèi)也沒有潮汽浸入現(xiàn)象。從套管頂部流油孔注入高純度N2，注入壓力達(dá)到0.3MPa，持續(xù)兩個小時觀察氣體壓力沒有明顯下降趨勢，在套管頂部的法蘭密封附近、油位計(jì)等部位均勻涂抹泡沫水后也未出現(xiàn)泡泡，證明所有部件密封性均不錯。

3.3 儲油柜檢查

儲油柜分為上、下兩個儲油室，下部的儲油室包含氣端瓷套、法蘭、套管油端瓷套、電容芯體等部件，上部儲油室和下部儲油室之間通過兩根油管連通。仔細(xì)排查后未發(fā)現(xiàn)儲油柜內(nèi)部有潮汽進(jìn)入跡象，內(nèi)部的防潮設(shè)計(jì)也比較完美，不存在潮氣從流油孔進(jìn)入的可能性。

3.4 套管拆解

該套管結(jié)構(gòu)上采用拉桿式，電容芯纏繞在鋁管上，將一根銅棒放置在鋁管內(nèi)部，其下端連接變壓器的繞組，中部加裝限位措施，而且在銅棒外部包裹絕緣，上部連接將軍帽，采用螺紋連接方式。電容芯剝出后，外表面絕緣包裹也較為整齊，沒有爬電、放電痕跡，按壓各電容屏的絕緣，發(fā)現(xiàn)絕緣包裹松緊度不好，比較松散。

3.5 電容屏檢查

通過逐層剝離電容屏，逐層檢查電容屏介損異常情況以及電容屏測試[4]。以鋁管連接的零屏為最后屏，末屏為第1 屏，經(jīng)拆解，該套管電容屏共計(jì)76 屏，其結(jié)構(gòu)大致為每一屏為開口大小約1 公分、相鄰錯開開口的開口布置,整屏的為第1、20、38、57、76 屏，剩余為兩塊端屏拼接布置。進(jìn)行逐層剝離電容屏過程中出現(xiàn)部分問題，如裁剪不精細(xì)、布置不規(guī)則的電容屏邊緣、部分包繞不密實(shí)的絕緣紙、疑似下墜移位的下端部絕緣紙、缺失部分鋁箔邊角等問題。

因該套管大量采用端屏，無法逐屏開展電容量測試，只能對第1、20、38、57、76 整屏進(jìn)行電容量測試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 整屏電容量測量（試驗(yàn)電壓500V）

接下來進(jìn)行介損異常分析，發(fā)現(xiàn)不同層的燒蝕情況不同，從39 層開始到70 層，燒蝕逐漸嚴(yán)重，在39-40 屏?xí)r出現(xiàn)了直徑為5cm 的受熱變色痕跡，伴隨有輕微焦糊味；黑色燒蝕碳化點(diǎn)出現(xiàn)在40-41 屏；兩個燒蝕點(diǎn)開始出現(xiàn)在42-43 屏；因燒蝕產(chǎn)生的絕緣紙表面破損出現(xiàn)在44-45 屏；三個燒蝕點(diǎn)出現(xiàn)在46-47 屏。我們截取了最為嚴(yán)重的兩個位置展示，其一是如圖1 所示的燒蝕痕跡中心，位于整屏的第57 屏，其二是如圖2 所示的最為嚴(yán)重的燒蝕位置，位于第60-70 屏。空洞中心位于距鋁管尾端476cm 處，軸向直徑6cm，水平直徑5cm。燒蝕程度逐漸減輕的情況開始在70 屏出現(xiàn)，中下部鋁箔及絕緣明顯皺褶出現(xiàn)在74-75 屏。76 屏為零屏，與鋁管的連接可靠，無放電痕跡，與燒蝕痕跡對應(yīng)的鋁管表面有過熱痕跡。

圖1 57 屏上屏端位于燒蝕痕跡中心

圖2 60-70 屏燒蝕最嚴(yán)重部位

4 結(jié)論

綜上所述，該套管的電容屏發(fā)生放電現(xiàn)象，原因是其鋁箔裁剪工藝控制不良，卷繞不密實(shí)。電容屏卷繞不緊會導(dǎo)致長時間運(yùn)行后局部電容屏受重力作用向下移動（根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，57 屏至60 屏之間3 個間隔總間距為4cm，這跟大部分電容屏相鄰兩屏之間，下屏下邊沿的軸向間距一般為1cm 的基本設(shè)置不同，多出1cm），場強(qiáng)會發(fā)生變化，若同時存在電容屏裁剪、芯體中存在雜質(zhì)等缺陷[5]，會造成局部放電的情況。