一起主變壓器110 kV穿墻套管缺陷分析

周 皓，劉康康，宗浩杰，呂 佳

（國網江西省電力有限公司九江供電分公司，江西 九江 332000）

0 引言

高壓穿墻套管是一種較為常見的電氣設備，110 kV主變壓器穿墻套管在高壓設備導電部分穿過墻壁時起支撐與絕緣作用，運行過程中高壓套管一旦絕緣損傷，則可能發生閃絡、放電，嚴重時可能造成絕緣擊穿[1-3]。因此，穿墻套管的絕緣強度對主變壓器安全運行具有重要意義。

1 設備信息

九江轄區某110 kV變電站1號主變110 kV復合高壓絕緣穿墻套管為STB型有機復合高壓穿墻套管，如圖1所示，其額定電壓110 kV，額定電流630 A，北京能電電技術開發總公司制造，2000年2月出廠。

圖1 套管銘牌信息

該套管導體外表面敷設多層電容屏（類似全絕緣管母），末屏外部以絕緣材料包裹并覆蓋傘裙以增加表面爬電距離[4-6]。穿墻部位為鋁制套筒，并在外絕緣與套筒內表面之間填充橡膠材料，通過增加管徑以提高整體承重能力和抗彎強度[7-9]，如圖2所示。

圖2 外絕緣護套與鋁制護套交界處

該套管位于墻內側部分安裝有一根金屬導線，將末屏與鋁制套筒進行等地電位連接，避免出現懸浮電位造成填充材料兩端出現過電壓[10]，如圖3所示。

圖3 等電位線

2 故障發現

2021年9月九江供電公司試驗人員對該110 kV變電站1號主變進行帶電檢測時，發現該主變110 kV復合高壓絕緣穿墻套管B相傘裙表面（墻體側起第5片）有疑似黑色燒蝕痕跡，如圖4所示。通過后臺數據顯示，穿墻套管負荷電流為20.7 A。

圖4 巡視中發現的異常痕跡

通過紅外精確測溫，試驗人員發現該組穿墻套管表面存在明顯的溫度分布不均，其中B 相最為顯著，見表1所示。

表1 B相穿墻套管表面過溫點

據此，判斷該套管故障缺陷疑似為表面污穢或水汽凝結使得沿面電壓分布不均導致局部承受電壓過大引起的發熱現象，該缺陷屬于電壓致熱型缺陷。

結合異常跡象以及往年紅外精確測溫數據（見圖5），研判B相穿墻套管有嚴重劣化趨勢，并存在因此造成的局部損傷跡象，需立即對該相穿墻套管進行更換。

圖5 紅外精確測溫熱像

3 外觀檢查

故障缺陷進行上報后，檢修人員對該缺陷相穿墻套管進行了拆解，現場試驗人員對異常的B相套管進行了檢查，發現該套管表面存在嚴重的沿面放電痕跡，根部外絕緣護套與鋁制護套交界處填充材料明顯溢出，并集中于一點嚴重燒蝕，如圖6所示。

圖6 B相穿墻套管根部燒蝕痕跡

試驗人員對該套管連接處進行測試，檢測顯示該套管末屏與鋁制護套連接良好，排除末屏接觸不良導致絕緣破壞的可能。此外，B 相套管末屏與鋁制套筒的等地電位連接接觸良好，并不存在懸浮電位。隨后，試驗人員對該主變三相套管均進行了主絕緣介質損耗及電容量測試，測試結果如表2所示。

表2 主絕緣介質損耗及電容量測試

通過表2 可知，三相套管主絕緣狀況良好，B 相電容屏亦未受損傷。現場試驗人員對B 相套管進行交流耐壓試驗時，當耐壓值達到40 kV 時該套管燒蝕點即出現火星并冒煙（見圖7），與發現的燒蝕情況相吻合。

圖7 耐壓過程中的火花放電

耐壓試驗結束后，現場試驗人員發現該套管洞穿點燒蝕已幾乎深至末屏（見圖8），鄰近外絕緣護套表面附著有一層放電產生的油污。

圖8 外絕緣層燒蝕洞點

4 缺陷分析

根據外觀檢查、紅外精確測溫以及試驗結果，判斷該B 相穿墻套管表面嚴重積灰污穢。該110 kV 變電站位于山頂，由于山頂特殊的高濕雨霧環境，霧氣中的水分凝結于穿墻套管外表面，且由于套管為水平安裝方式，凝結的露水無法在重力的作用下滑落，而是附著于表面并浸漬表面灰塵，沿軸向形成小段的導電通道。局部導電通道的存在，破壞了原本沿表面18 片增爬裙的近似均勻電壓分布，使得電壓集中于少數表面比較潔凈的爬裙部位及末屏接地點附近絕緣護層（經外觀比對，紅外熱像對應溫度最高的第8-9爬裙間隙相比鄰近爬裙要潔凈）。

重新分布的沿面電壓帶來了嚴重的局部場強集中，且在外絕緣護套與鋁制護套交界處，沿圓周末屏徑向接入點處場強最大，該處電場強度超出外絕緣耐受水平，造成絕緣材料長期緩慢燒蝕，并由于受熱出現了熱脹溢出現象（經核實該燒蝕點與末屏引出接地點在同一條軸線上）。

5 結語

1）復合絕緣穿墻套管與全絕緣管母類似，相比純瓷套管存在明顯的不足，特別是在濕度大污穢嚴重的條件下極易發生運行事故，應盡可能避免在系統中使用[11]。

2）對于山頂上常年霧氣縈繞的運行環境，應特別注意預防設備污閃，盡可能將設備全部置于室內封閉環境，并配置驅潮除濕裝置。

3）不得已將設備安裝在戶外環境時，應定期進行紅外精確測溫，關注表面污穢情況，停電檢修中應注意結合停電進行清掃工作。

4）不得已安裝復合絕緣穿墻套管時，安裝時應注意將末屏接地線所在位置的軸線朝向正下方，以便及時發現絕緣擊穿的跡象。避免如該案例位于正上方，雖嚴重燒蝕卻無法發現。