一起由于套管密封失效導(dǎo)致的220 kV變壓器故障分析

施 逸，周國(guó)梁

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司宜賓供電公司，四川 宜賓 644002)

0 引 言

高壓套管廣泛應(yīng)用于各類變壓器設(shè)備中，對(duì)于變壓器的絕緣、密封防潮十分重要。目前，66 kV及以上的油浸式變壓器套管主要使用油浸電容式、膠浸纖維復(fù)合電容式等類型，套管按照載流方式分為穿纜式和導(dǎo)桿式[1-2]。

當(dāng)套管的額定電流小于630 A時(shí)，套管的載流方式宜為穿纜式；當(dāng)套管的額定電流不小于630 A或電壓等級(jí)不小于220 kV時(shí)套管的載流方式宜為導(dǎo)桿式[3]。因此穿纜式套管在220 kV及以下電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分普遍。但是多年來，穿纜式套管造成的事故時(shí)有發(fā)生，特別是密封不良導(dǎo)致滲漏、內(nèi)部受潮等故障輕則迫使變壓器停運(yùn)，重則導(dǎo)致變壓器本體故障，帶來了大量的經(jīng)濟(jì)損失[4-8]。

下面通過分析一起220 kV主變壓器匝間短路故障，診斷了套管故障產(chǎn)生原因，給出了運(yùn)行維護(hù)建議，對(duì)相同類型套管的運(yùn)行維護(hù)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 故障及檢查情況

2019年7月20日，某220 kV主變壓器在運(yùn)行過程中雙套保護(hù)差動(dòng)動(dòng)作,三側(cè)斷路器三相跳閘。該變壓器型號(hào)為SFPSZ9-120000/220；出廠日期為2001年1月；220 kV側(cè)油浸電容式高壓套管型號(hào)為BRDLW-220/630-3，安裝形式為穿纜式，出廠日期為2000年6月。

1.1 試驗(yàn)檢查

2019年7月20日，對(duì)該主變壓器進(jìn)行了檢查試驗(yàn)。保護(hù)動(dòng)作信號(hào)及波形圖表明，A相存在差流，折算高壓一次側(cè)的差流為130 A；油色譜分析表明內(nèi)部存在電弧放電現(xiàn)象；而電氣試驗(yàn)中，繞組變形測(cè)試高壓繞組A相嚴(yán)重變形，高壓繞組吸收比和極化指數(shù)均小于1，低電壓空載試驗(yàn)涉及A相繞組時(shí)電流嚴(yán)重異常，因過載無法測(cè)試中對(duì)低壓變比。綜合保護(hù)動(dòng)作情況、油色譜分析數(shù)據(jù)以及電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步判斷該主變壓器高壓側(cè)A相繞組存在匝間短路，且短路匝數(shù)相對(duì)較少。

另外，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)該變壓器220 kV側(cè)A相套管將軍帽密封部位相較于其他相，有較明顯的縫隙，如圖1所示。同時(shí)，A相套管引流線較短，套管受力較大。

圖1 高壓A相套管密封部位有縫隙

1.2 運(yùn)行環(huán)境

調(diào)查該變壓器所在地區(qū)的環(huán)境情況，發(fā)現(xiàn)6月17日，該地區(qū)曾發(fā)生6.0級(jí)地震，震源深度16 km。截止7月20日為止，累計(jì)發(fā)生3級(jí)及以上余震64余次，其中3級(jí)～4級(jí)地震54次，4級(jí)～5級(jí)地震6次，5級(jí)及以上地震4次。6·17地震及各余震發(fā)生期間，該變電站所處地區(qū)震感明顯。

另外，6月以來，該地區(qū)連續(xù)多日降雨。據(jù)統(tǒng)計(jì)，6月17日地震至7月20日期間，該地區(qū)降雨天氣達(dá)28天，其中中雨13天，大雨到陣雨6天。19日，該地區(qū)天氣為中雨，20日上午為小雨，氣溫為24～34 ℃。

1.3 變壓器內(nèi)部檢查

為驗(yàn)證初步判斷，并進(jìn)一步分析故障原因，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該變壓器開展了內(nèi)檢。檢查方式為將變壓器套管拔出，并將變壓器油排空后，從220 kV套管孔進(jìn)入變壓器內(nèi)部，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行查找及原因分析。

檢查結(jié)果為：該變壓器220 kV側(cè)A相線圈出線銅屏蔽管內(nèi)有明顯的固體絕緣燒蝕形成的碳化物和金屬銅顆粒，如圖2—圖4所示。表明在該處附近有涉及固體絕緣及金屬部件的電弧燒灼故障。結(jié)合變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，以上固定絕緣碳化物以及金屬銅顆粒極有可能來自于高壓繞組引流線附近的繞組匝間擊穿短路故障。

圖2 A相套管出線銅屏蔽管內(nèi)有明顯的電弧燒蝕產(chǎn)物

圖3 高壓A相銅屏蔽管內(nèi)有大量固體絕緣碳化物

圖4 高壓A相銅屏蔽管內(nèi)有大量金屬銅顆粒

1.4 返廠檢查

將該變壓器返廠后，對(duì)該變壓器進(jìn)行了拔圈檢查，確認(rèn)A相高壓線圈為繞組匝間短路故障，故障部位正好位于繞組引流線下方，見圖5所示，其他繞組均未見異常。

圖5 返廠檢查確認(rèn)高壓A相繞組匝間短路

2 故障原因分析

2.1 套管密封結(jié)構(gòu)

該套管密封結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 套管頭部密封結(jié)構(gòu)

該套管密封依靠4條緊固螺栓將導(dǎo)電頭、膠墊及接線座緊固在一起，接線座內(nèi)有空腔，安裝固定主變壓器引線導(dǎo)電棒的定位螺母和圓柱銷。該結(jié)構(gòu)由于接線座無防松動(dòng)鎖定裝置，導(dǎo)線在受力搖擺后，緊固螺栓松動(dòng)，會(huì)引起密封失效，雨水沿此進(jìn)入變壓器內(nèi)部，如圖7所示。

圖7 套管密封失效

2.2 主變壓器套管安裝結(jié)構(gòu)

該套管為穿纜套管，從主變壓器安裝結(jié)構(gòu)上可以看到，從套管頂部進(jìn)入主變壓器的雨水，將沿著高壓套管、銅屏蔽管的通道，集中流入到了變壓器高壓繞組引流線部位，導(dǎo)致該處發(fā)生繞組匝間短路故障。如圖8所示。

圖8 高壓A相套管進(jìn)水路徑

2.3 密封失效進(jìn)水原因分析

該套管結(jié)構(gòu)由于無防松動(dòng)鎖定裝置，且主變壓器220 kV側(cè)A相套管引流線較短，導(dǎo)致套管受力較大，由于該地區(qū)在故障發(fā)生前發(fā)生了多次地震及余震，引流線不斷拉扯A相套管，導(dǎo)致套管將軍帽處緊固螺栓不斷松動(dòng)，密封失效。同時(shí)，因該地區(qū)連續(xù)多日降雨，且溫差較大，主變壓器內(nèi)部壓力變化較大，因氣壓變化而引起的呼吸效應(yīng)導(dǎo)致雨水從密封失效處滲入。另外，由于該臺(tái)變壓器的套管為穿纜式，高壓繞組引流線穿過銅屏蔽管引出，套管末端直接對(duì)著高壓繞組銅屏蔽管；從套管頂部進(jìn)入內(nèi)部的雨水，直接順著高壓套管、銅屏蔽管的通道，集中流入到了變壓器高壓繞組引流線部位，導(dǎo)致該處發(fā)生繞組匝間短路故障。

3 結(jié) 論

1)穿纜式套管將軍帽處密封不良將導(dǎo)致雨水沿套管通道進(jìn)入變壓器內(nèi)部，從而引發(fā)內(nèi)部絕緣擊穿的嚴(yán)重故障。故應(yīng)特別加強(qiáng)對(duì)穿纜式套管將軍帽處密封的檢查及維護(hù)。

2)該類型套管接線座、雙封螺母2個(gè)部件與下端無緊固鎖定裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在無防松動(dòng)措施的設(shè)計(jì)缺陷，易于造成變壓器進(jìn)水，新安裝套管不應(yīng)再采用該結(jié)構(gòu)。

3)對(duì)新安裝的220 kV及以上等級(jí)變壓器，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行反事故措施關(guān)于“應(yīng)核算引流線(含金具)對(duì)套管接線柱的作用力，確保不大于套管及接線端子彎曲負(fù)荷耐受值”的規(guī)定，防止套管受力過大而導(dǎo)致套管故障。

4)在遭受強(qiáng)震及連續(xù)較低強(qiáng)度地震后，應(yīng)對(duì)在運(yùn)變電站的220 kV變壓器套管受力及密封情況開展全面排查，特別是對(duì)引線較緊、套管接線柱受力過大的，應(yīng)引起足夠重視，必要時(shí)應(yīng)安排停電進(jìn)一步檢查處理，防止類似故障發(fā)生。