關于500kV電壓互感器均壓環連接部脫落原因的探究

國網遼寧省電力有限公司檢修沈陽分公司 吳美萱 國網遼寧省電力有限公司檢修錦州分公司 雷崇譽

在高壓線路工作中保證高壓均勻分布至關重要，在實際工作中常使用均壓環進行均壓，其工作原理是使高壓環內的各點之間無電勢相同，通過形成無電位差狀態進而實現均壓。通過使用均壓環可有效促進高壓線路絕緣子中的電壓均勻分布，延長絕緣子壽命，降低其故障發生風險[1]。設備在氣候條件的變化下，其頂部的均壓環環體體重外加上自然界風吹振動影響，會產生疲勞開裂，嚴重甚至導致環體脫落、設備損壞，這對電網安全穩定運行帶來重大安全隱患。

目前均壓環在高壓線路上得到了廣泛應用，但是也相繼出現不同原因導致的均壓環斷裂事件[2-4]。本文通過分析500kV電容式電壓互感器均壓環斷裂的原因，得出均壓環受自身的制造質量和運行可靠性至關重要。同時在大風頻繁地區，更應該加強對均壓環的檢測與維護，這樣才能保證均壓環能夠正常穩定運行。

1 異常事件簡介

1.1 變電站500kV某線C相電壓互感器均壓環損壞情況

2021年2月25日，某變電站運維人員在巡視過程中發現該站500kV某線C相線路電壓互感器均壓環抖動比較嚴重，檢查發現均壓環支撐桿安裝腳2處開焊。均壓環固定螺栓完好，僅開焊位置明顯，焊口位置無外力撞擊痕跡，無燒灼現象。該均壓環為鑄鋁材質，出廠日期為2008年8月，投運日期為2009年8月18日。

1.2 變電站500kV某線B相電壓互感器均壓環損壞情況

2021年5月14日下午15點30分，在變電站巡視期間發現該線路電壓互感器均壓環隨風發出聲響，檢查后發現500kV某線B相電壓互感器均壓環支撐桿安裝腳4處同樣有2處開焊，隨時有掉落的可能，此處斷開脫落位置和上述所示情況相似。兩者為同一型號的均壓環，均為鋁質材質，生產廠家也相同。該類別型號的均壓環，通過檢查發現其為2011年生產，并于2013年投入使用。

2 脫落原因分析

2.1 均壓環結構設計因素分析

2.1.1 不同結構均壓環情況分析

目前，各變電站在運的500kV電壓互感器主要有5種不同結構均壓環，主要區別在于各自的支撐桿與環體的焊接工藝上，具體情況如下：

結構一：支撐桿一端通過焊接在均壓環環體上表面安裝腳進行固定，此形為上文所述的問題類型。

結構二：焊點位置也是在環體表面，連接支撐桿一端通過螺栓焊接在均壓環底側。

結構三：連接支撐一端焊接在均壓環上表面。

結構四：連接支撐一端通過螺栓焊接在均壓環內側中部。

結構五：連接支撐一端焊接在均壓環內側中部。

通過對比這幾種均壓環及近年來對電壓互感器的運行狀態評估，得出結構一式均壓環結構設計不完善，環體管徑過大，支撐桿的穩定性不高。此外，組成該種均壓環的支撐腳通過焊接的形式與主體環形結構進行連接，其在連接處所產生焊縫類型為角焊縫。在角焊縫接觸點的承受力明顯大于其他部位，應力集中在這些部位，在應力的作用下會導致微觀裂紋的出現，上述微觀裂紋會隨著運行時間的增加而逐漸擴大，容易發生連接部開焊問題。只有在結構設計滿足均壓環正常運行的情況下，焊接工藝更加規范，在焊接時恰當把握好焊接部位產生的熱量，溫度既不能過高也不能過低。經過長期觀察除結構一外，其余的四種結構形式的焊接點尚未出現開焊問題。

2.1.2 改進后均壓環結構設計分析

從以上分析得出舊均壓環的設計在結構上環體中心位置僅依靠支撐桿焊接與環體相連，如圖1所示。當支撐桿損壞斷開時，會使得整個環體失去支撐點而晃動，甚至導致整個環體脫落。該結構均壓環設計圖紙已于2008年9月作廢，且2012年之后的電壓互感器未再配置該結構均壓環。

圖1 舊結構均壓環設計圖

改進后新型的均壓環結構其連接支撐一端插入均壓環內側中部后，再對均壓環與連接支撐進行焊接，如圖2所示。上述工藝流程所形成的焊縫，可以大幅改善應力集中的情況，應力的分散提高了焊接連接工藝的可靠性，可有效降低惡劣天候下焊縫開裂等缺陷的發生概率。此外，均壓環的外部連接強度增強，避免了點式焊接存在的弊端，提高運行的可靠性。

圖2 新結構均壓環設計圖

2.2 風力因素影響分析

據變電運維人員對這兩起電壓互感器均壓環支撐桿脫落事故的匯報得知，巡視過程中他們均能聽到風吹使得均壓環晃動發出聲響，而且風力越大聲響越大，而檢查分析得出電壓互感器均壓環整體環體和其他部位無明顯變形，說明在支撐桿與環體相連接在能夠滿足均壓環的正常運行條件下，在風力條件的影響下，安裝腳焊縫穩定性差再加上受環體重力和大風頻繁沖擊產生裂紋，裂紋不斷擴大才會導致環體支撐桿脫落、電壓互感器均壓環損壞。

在常年風速較大的地區，高壓輸電線路頂端的均壓環經常發生支撐桿斷裂和螺栓掉落的現象，均壓環脫落后，電氣間隙縮短，可見強勢的風力會對運行中的均壓環產生不利的影響，嚴重危害輸電線路的正常運行。

2.3 其他因素分析

從均壓環支撐位置開焊處的支撐桿材質較脆較薄，焊口位置脆性斷開，斷口表面不平整，沒有明顯外力撞斷跡象，開焊處可以看出斷口無灼傷痕跡，所以當值人員將上述情況向上匯報，相關專業人員進行試驗分析，排除雷擊及外界物體撞擊導致均壓環環體脫落。經生產此種型號的均壓環公司反饋得出該公司2012年之前生產此種型號的500kV電容式電壓互感器均壓環，該結構均壓環環體為鑄鋁材質，支撐桿一端通過焊接在環體上表面的3或4個安裝腳（內螺紋鋁柱）進行固定；其配置均壓環材質的不合理，使得焊接過程中的高溫導致環體焊縫部位受損、強度下降；提升材料的強度和韌性這才能防止安裝腳脫焊、均壓環脫落的安全隱患。

由上述均壓環脫落原因分析可知，該變電站使用的這種500kV電容式電壓互感器均壓環屬于早期設計的均壓環，受該均壓環結構設計與焊接工藝的不完善、材質的不合理，以及處于大風環境下的均壓環連接部位易產生疲勞斷裂，導致支撐桿從焊縫邊緣處裂開，如果斷面持續發展可造成均壓環全部開焊脫落。

3 防范措施和處理建議

均壓環在高壓線路中發揮著重要的作用，當出現裂紋時應當及時進行處理。為保護均壓環使其能夠正常運行，針對本文出現的均壓環異常事件提出以下防范措施和處理建議：加強結構一式均壓環的日常巡視，檢查均壓環有無傾斜，使用望遠鏡檢查有無開焊、損壞等情況，并進行正確的焊補和加固；為及時消除均壓環因惡劣天候脫落的隱患，需在惡劣天候下加大對線路的巡檢力度；各運維單位應排查配置該結構的500kV電壓互感器，盡快儲備適當數量的均壓環備件，結合設備停電檢修，對運行年限長的該結構均壓環逐步進行更換。

4 結語

鑒于電壓互感器均壓環脫落將會嚴重影響電網安全運行，均壓環出現斷裂現象是環境和均壓環結構本身各方面因素綜合作用的結果。為防止均壓環出現脫落故障，不僅要對均壓環自身材質進行改善，對其結構設計和制造工藝進行優化，還要及時發現處理均壓環開裂故障，通過有效的處置方法，確保均壓環能夠安全穩定運行。