變壓器套管導電頭(樁頭)發熱處理及故障分析

江蘇電力公司徐州供電公司變電檢修室 羅傳偉

在高壓設備運行過程中，變壓器設備發熱是影響其安全運行的潛在隱患。在松動、銹蝕以及氧化等不同因素的影響下，高壓設備中各種電器連接構件會出現不同程度過熱問題，甚至在嚴重時還會燒毀設備部件連接點，出現燃弧放電情況，進而發生相間短路。此外還會出現熱量流入到高壓設備內部的情況，對設備自身而言會造成直接破壞。

變壓器套管頭部樁頭發熱故障可分外部接頭發熱故障和內部接頭發熱故障。外部接頭發熱一般是接線板接觸面接觸不良引起的，接觸面未經過壓花處理或是接觸面未打磨平整存在毛刺等問題都會使接觸面接觸不良、接觸電阻增大，于是接觸部位溫度升高，導致接觸面氧化加快，由于氧化膜對電阻產生反作用，致使接觸電阻進一步加大，溫度進一步上升，（隨著負荷增大）溫度變化就越來越高。

接觸面發熱缺陷因發熱部位外露，檢查和處理都較為方便，與外部故障相比，變壓器套管頭部的內部故障不易發現。套管導體部分為穿纜結構，導電頭和線纜頭通過螺紋連接，在線纜頭處有固定銷，如果高壓套管導電頭設計不合理或者存在制造工藝方面的問題，由于螺紋和引線的連接方式比較隱蔽，外部難以發現，正常情況下內螺紋接觸良好，接觸電阻很小，如果內螺紋尺寸配合不好，容易引起發熱、直流電阻增大、接頭燒熔等故障[1]。

1 預防性試驗技術

主絕緣試驗。測試內容是主絕緣電容量與介質損耗測量，用正接法電壓10kV。在試驗過程中使介質損耗值不斷提高的主要原因，可能會是套管老化和末屏受潮所導致的，于此同時還會出現一些介損儀電容器受潮問題出現。當電容量持續增加時，就很可能導致設備密封性不好出現進水受潮情況，套管內部存在游離放電就會燒毀一部分絕緣層，進而出現電極短路問題。甚至還會有部分空氣進入到設備內部，進而大大降低了電容量。

末屏試驗。主要目的就是測試絕緣電阻，在電阻值小于1000MΩ時，就要測量末屏對地tgδ，結果要小于1.5%。屏蔽反接法是末屏介損測量主要采用的方法，末屏絕緣情況將直接體現外層結絕緣能力，在外層絕緣發生受潮問題時主絕緣體也會漸漸出現受潮問題。

查看套管油位和漏油問題。在油位出現異常上升現象時就必須切斷電源，針對主絕緣體展開絕緣試驗，一旦發現問題嚴重時，可采用溶解氣體色譜分析法來觀察套管絕緣油中的乙炔和氫氣是否超出規定標準；當套管油位出現降低時，必須要檢查套管是否存在漏油問題，漏油位置是否在套管油枕及瓷套的末屏處，在必要時可抽取油樣來進行檢驗、探索定位問題，尤其是要重點留意油標管出現堵塞問題時可能出現的假油位現象。

接觸導電桿情況和套管油枕密封性的檢查。當套管油枕外側密封圈密封不良時，潮濕的空氣會從密封圈飯縫隙滲透到油枕內側內腔位置，進而出現連接電芯桿和油枕的內螺紋出現氧化情況，最終導致電芯桿會出現接觸不良的問題，很容易形成套管工作出現異常發熱的情況。同時，一些不科學的防雨罩設計會導致導電芯接觸不良而處于懸浮電位狀態，對瓷套產生了較為頻繁的放電行為，從而導致主絕緣介損測試值出現非正常的增大情況。對此，在檢查期間需要重點關注密封圈周圍是否存在漏油情況。此外還可利用萬能表來測量導電桿電阻是否處于歸零狀態，結合實際情況進行三相直流電阻測試，檢驗電阻值和平衡值是否滿足規范要求。

2 案例分析

2019年7月29日晚某220千伏變電站紅外測溫時，發現1號主變110千伏側A相套管樁頭發熱高達101.7℃。另外B、C相套管樁頭發熱60℃左右，壞境溫度29度，中壓側負荷80000kVA左右。次日凌晨檢修人員趕到現場對1號主變進行停電處理，首先對主變樁頭進行直流電阻測試，測試結果顯示110千伏側A相直阻比其它兩相偏大20mΩ左右，三相阻值的不平衡率較高，超出規定標準。現場對中壓側套管將軍帽進行拆解檢修，發現將軍帽內部螺紋與引線接頭端部螺桿上均有黑色氧化層，檢修人員判斷樁頭發熱的原因為套管與引線接頭配合不良造成螺紋受力不足，導致接觸電阻增大、引起發熱。

本臺變壓器所用套管接頭型式如圖1。該種結構套管接頭對安裝工藝要求較高，安裝需將蓋板及引線接頭的銷孔對準，插入定位銷后拆下尼龍繩。此時再將導電頭的內螺紋與引線接頭的螺紋對準，旋入導電頭，待導電頭旋到與油枕蓋板平面的間隙為5～6mm時，該位置最佳，此刻調節導電頭孔與蓋板螺紋孔對準，旋入6個M8的螺栓固定住導電頭。緊固螺栓，使螺栓緊固到位后，此時導電頭與蓋板間應無明顯間隙。如此密封件受力，密封性能可靠；銷釘也微微受力變形，反作用力使引線接頭和導電頭的螺紋配合更加緊密、可靠。

圖1 套管接頭原理圖

現場檢查發現安裝時導電頭旋到與油枕蓋板平面并未留下5～6mm間隙，而是將導電頭直接旋緊，再上螺栓固定，這樣一來螺紋之間并不受力，配合不緊密，時間長了導致接頭氧化變黑并發熱。此外，分析導電頭的受力情況，可見當導電頭往下旋時銷釘是受向上拉的力，如圖2中紅色箭頭，此時密封墊被壓緊。當旋入周圍6個M8栓時，銷釘又受到向下的壓力，如圖2中藍色箭頭所示。如在安裝時工藝把關不嚴，導電頭旋到與油枕蓋板平面之間沒有留下間隙或者是所留間隙過大、過小，都有可能導致最后銷釘受力上下抵消，從而使螺紋之間沒有咬合力，密封不嚴而最終發熱。

圖2 導電頭受力情況

現場處理方法是，對A相套管樁頭氧化層使用砂紙或百潔布進行處理，將黑色氧化層打磨除去，再用無毛紙擦拭干凈，確保引線接頭和導電頭螺紋清潔干凈，無油污及雜質，重新安裝時，特別要注意導電頭旋緊時與將軍帽的配合問題，嚴格按照廠家說明工藝進行。最后對接頭進行一次直阻測量。處理前后測量對比可見，A相電阻明顯下降，三相之間直阻不平衡率已達到有關要求。

3 總結

常見的變壓器套管頭部結構主要有以下幾種：

3.1 將軍帽式套管結構

套管采用螺紋載流的導電頭結構。本文案例中即是這種結構的套管，這種套管通過定位銷釘給引線接頭（和導電頭間螺紋）一個相反的作用力，保證螺紋能夠穩定接觸（此時銷釘不會有超過2mm的變形）。這個反作用力是一直存在的，可確保在運行過程中引線接頭和導電頭之間螺紋不松動，保證可靠接觸。但是這種結構對安裝工藝要求極為精細，現場安裝不好、容易出現發熱等問題。

變壓器電容式套管頭部有定位螺帽（鎖母）。該結構的套管頭與采用螺紋載流的導電頭類似，不同的是用一個閉鎖螺母代替了螺紋，以達到緊固作用。這種結構安裝工藝要求較低，但在安裝時閉鎖螺母一定要用面積較大的面來接觸導電頭、不能裝反，否則也會引起發熱。

圖3 變壓器電容式套管頭部有定位螺帽（鎖母）

圖4 哈夫環結構

使用哈夫環固定內部端子。安裝工藝要嚴格執行相關說明，按先后順序緊固2處的螺栓是非常關鍵的步驟，2種規格的螺栓均應逐步的、對側緊面，以確保載流接觸和密封。不進行正確安裝，會使內部端子頂端或導桿頂端與外部端子之間接觸電阻過大而導致發熱，不進行正確安裝導致滲滑，潮氣由此進入變壓器內部，將引向變壓器絕緣故障。

接線板與引線接頭插拔式連接。插拔式結構主要是依靠導電頭內部的彈簧箍載流固定，這種彈簧屬于特種載流彈簧，具有很強的彈力及載流力。

圖5 插拔式結構

頂套式結構。圖6中：1注油塞、2密封墊、3定位銷、4O型密封墊、5螺栓、6彈簧墊圈、7螺栓、8密封墊、9接線板、10引線接頭、11螺栓、12彈簧墊圈、13頂套蓋板、14頂套、15螺栓、16彈簧墊圈、17、O型密封圈。這種結構不容易發熱、導電良好，但是沒有將軍帽，固定性能較差，無法承受過大的風擺及機械拉力，故只能適用于電壓水平不高的現場。

圖6 頂套式結構圖

4 專業巡檢技術

專業巡檢技術指的是技術人員對運行期間的設備展開針對性檢查與測試，通常會用到望遠鏡和紅外熱像儀器。

4.1 檢查套管油位

利用望遠鏡進行仔細檢驗，確保檢測部位和結果能夠與之前檢測沒有差異。

4.2 紅外檢測

通過紅外線技術的特點對電力系統中的電流、電壓及其他致熱效應帶電設備進行診斷：挑選儀器。在利用專業紅外檢測時，不適合使用紅外測溫儀，而是應該使用紅外熱像儀；選擇合適的測試條件。盡可能地選擇陰天、多云和夜間，其中夜間測試效果最佳，不宜在雷雨和霧霾天氣下展開檢測；儀器設置。檢測設備輻射率通產選取為0.9，色標溫度數值盡可能確保在環境溫度提高10～20K溫升范圍內。

測量手段。先是對三相套管展開全面掃描，對異常發熱的部位進行重點測試分析，針對套管掃描的重點部位在三相套管頂部導線接頭部位以及末屏處；結果分析診斷。套管是一種具有綜合致熱效果的設備，不僅會產生電流導致熱損耗，同時也會出現電壓熱損耗的情況。對此需要利用同類比較判斷法，直觀根據三相套管溫差進行分析，發現溫度異常部位，隨后再利用科學有效的方式進行判斷。

問題處理方式。針對常見缺陷，通常都是在停電期間展開維修，有計劃地消除缺陷，在此過程中需要盡可能地在六個月內安排處理完畢，針對嚴重缺陷問題也要在一周之內處理完成。針對頂部導線接頭位置和柱頭缺陷，需要采取負荷電流降低方法，對末屏缺陷等部位立刻采取消除措施，針對高危缺陷需要在24小時之內處理。通常情況下，由電壓過熱導致的瓷瓶柱和末屏缺陷，溫度差在2～4K就屬于嚴重缺陷，很不容易被檢測出來，測試過程要求相關工作人員十分細心。

綜上，不同結構的套管頭部目前均有使用、也各有優缺點。在設備選型時，應根據實際使用情況、現場安裝條件、電壓等級等因素綜合考慮，選取合適的結構，才能最大限度的避免設備發熱事故發生。