油紙電容式套管末屏故障處理及原因分析

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摘要：本文主要闡述了我單位近兩年來變壓器套管檢修試驗中發(fā)現(xiàn)的幾起由于末屏裝置異常引發(fā)的缺陷。并通過分析處理，總結(jié)出導致這幾起缺陷的原因。一是套管末屏裝置在結(jié)構、裝配及制造工藝方面存在不足，導致導電桿與末屏接觸不良，造成運行中低能量放電引起缺陷；二是由于檢修人員工藝水平和操作方法不當導致的末屏損壞，以上原因都給變壓器的安全運行造成了極大地隱患。最后，提出了消除缺陷的解決措施、日后設備檢修中應注意的問題以及自己的一些見解，僅供電力同行借鑒和探討。 

關鍵詞：油紙電容式套管  套管末屏  故障分析  1 概述  套管是變壓器中一個主要部件，變壓器繞組的引線是依靠套管引出箱外的，套管起到繞組引線對油箱的絕緣、固定和將電流輸送到箱外的作用，它需適應外界各類環(huán)境條件，并要有一定的機械強度。套管分純瓷套管、充油套管、充氣套管、電容式套管等不同形式。為了使110kv及以上的套管輻向和軸向場強均勻，其絕緣結(jié)構一般采用電容型，即在導電桿上包上許多絕緣層，其間根據(jù)場強分布特點夾有許多鋁箔，以組成一串同心圓柱形電容器。最外層鋁箔即末屏通過小套管引出，作為驗證變壓器性能是否符合有關標準或技術條件的預防性試驗項目。套管試驗主要檢測變壓器主絕緣和電容式套管末屏對地絕緣電阻、套管介質(zhì)損耗、電容量和局部放電量等，末屏在運行中應良好接地。另外如果運行中由于各種原因造成末屏不健全或接地不良，那么末屏對地會形成一個電容，而這個電容遠小于套管本身的電容，按照電容串聯(lián)原理，將在末屏與地之間形成很高的懸浮電壓，造成末屏對地放電，燒毀附近的絕緣物，嚴重的還會發(fā)生套管爆炸事故。  2 缺陷實例  2.1 實例一  2009年3月14日，保定供電公司220kv棋盤變電站＃3主變進行春檢預試工作，例行對變壓器套管進行高壓和油務試驗。在進行高壓套管絕緣油色譜試驗時根據(jù)色譜試驗數(shù)據(jù)顯示，#3主變c相高壓套管總烴、氫氣、乙炔含量嚴重超標，通過三比值法判斷為套管內(nèi)部存在電弧性放電故障，存在嚴重缺陷。該套管技術參數(shù)：型號：brl1w1-252/630-4；序號200620；生產(chǎn)廠家：西安西電高壓電瓷有限責任公司；出廠日期：2006年11月。  2.1.1 高壓和油務試驗數(shù)據(jù)如下：  高壓試驗數(shù)據(jù)，tanδ(%)/電容量(pf)  通過高壓試驗數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)套管主絕緣和末屏絕緣存在異常。  色譜試驗數(shù)據(jù)(μl/l)a相高壓套管數(shù)據(jù)：  b相高壓套管數(shù)據(jù)：  c相高壓套管數(shù)據(jù)：  2.1.2 從試驗數(shù)據(jù)結(jié)果初步分析  ①產(chǎn)品密封不嚴，造成該套管進水受潮引起內(nèi)部絕緣局部受潮，局部絕緣性能降低，引起內(nèi)部放電，使套管油中乙炔、甲烷、氫氣等含氣量的增大，由于co和co2含量增長幅度較小，估計紙絕緣沒有受到嚴重破壞。由于試驗時環(huán)境溫度較低，且該主變負荷較小造成的水沉入儲油柜底部，油中微水含量不高，所以微水測試結(jié)果正常。  ②高壓試驗時測試結(jié)果正常，tanδ和電容量沒有明顯變化，估計套管主絕緣沒有受到嚴重破壞，但套管末屏與其連接引線的接觸面較小，變壓器在正常運行時電壓比試驗電壓高得多，接觸面不能滿足載流量需要，造成套管內(nèi)部放電，使變壓器油在高溫下分解，油中乙炔、甲烷、氫氣等含氣量的增大。  2.1.3 缺陷處理與檢查分析  當日公司因無同型號備件，聯(lián)系西瓷廠家，連夜發(fā)送同型號高壓套管，生產(chǎn)部門于3月17日更換高壓c相套管，主變恢復運行。  3月17日，在河北省電力公司生產(chǎn)部、電力研究院、保定供電公司和套管廠家等變壓器專業(yè)人員的見證下，西瓷技術人員對更換下來的b相套管進行了解體檢查?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該套管各零部件正常，結(jié)合緊密，外觀清潔、連接可靠，未發(fā)現(xiàn)閃絡、滲油及其他異常，且該套管儲油柜油位計的指示正常。未發(fā)現(xiàn)其他異?，F(xiàn)象。當拆開套管末屏，放油觀察套管末屏內(nèi)部時，發(fā)現(xiàn)套管末屏刻孔向左側(cè)偏下移位約2cm。末屏頂針頂在末屏刻孔邊緣，未到絕緣紙上（圖1）。該種型號套管采用的末屏為頂針式，頂針內(nèi)有彈簧，末屏為一較厚的銅排繞在芯體上外部再包繞多層絕緣紙，最后在末屏位置將絕緣紙劃掉直徑約2.5cm的一圈（稱為末屏刻孔），頂針頂在刻孔露出的銅排上接地（圖2）。  繼續(xù)解體進行檢查，當抽出電容芯子，測量絕緣紙末端至導管末端的距離為84mm（正常設計值為90mm），芯子整體向左下位移約6mm（圖4）。  隨后又對芯體進行了劃芯檢查，檢查是整體移位還是中間層移動，逐層測量了電容屏對底部的距離，均下移了6mm左右，說明中間層無相對位移。應為整體向下移動。根據(jù)頂針的滑動痕跡判斷應為芯體整體旋轉(zhuǎn)約1.9cm。痕跡為直線型，中間無下壓的凹陷，說明移位是一次完成，中間沒有緩沖過程（圖3）。劃芯最后未發(fā)現(xiàn)芯體最里層絕緣紙與導電體之間有粘合劑。說明廠家設計制造和制作工藝中電纜紙最里層漏涂粘合劑及芯體繞制力度不夠。圖5中也可明顯看出芯體與導桿之間有明顯的縫隙。  從上述檢查結(jié)果確定缺陷產(chǎn)生原因是套管芯體移位導致末屏頂針與接地銅排錯位，末屏頂針與周圍包裹銅排的絕緣紙解除，運行中由于末屏不能有效接地，造成虛接現(xiàn)象，引起內(nèi)部放電。也基本驗證了最初通過試驗數(shù)據(jù)對缺陷產(chǎn)生原因的判斷。  2.1.4 采取措施及結(jié)論  省公司針對此次缺陷制定了《關于加強排查西安西電高壓套管有限公司高壓套管缺陷的通知》，要求對該種型號套故進行末屏裝置的檢查。  我公司隨即結(jié)合棋盤220kv站的套管缺陷對其他變電站套管解體檢查。對西瓷末屏檢查的方法為：①進行套管色譜試驗，高壓試驗，分析試驗數(shù)據(jù)有無異常。②拆開套管末屏，放油，觀察套管末屏內(nèi)部的末屏刻孔是否移位，移位的判斷方法為末屏刻孔中心是否正對末屏孔，引線帶上是否有位移劃痕。若無移位則進行真空注油，靜置24小時后恢復運行。在檢查中又發(fā)現(xiàn)了220kv雄州站#3主變高壓b相套管和110kv清風店站#3主變高壓c相套管都存在同樣的缺陷隱患，通過對缺陷的及早發(fā)現(xiàn)和消除有效的避免了套管末屏因解除不良放電所導致的設備損壞等嚴重后果。  認真剖析此類套管芯體移位導致末屏解除不良放電現(xiàn)象，芯體最里層絕緣紙與導電體之間沒有使用粘合劑。說明廠家設計制造和制作工藝中電纜紙最里層漏涂粘合劑及芯體繞制力度不夠（圖5中也可明顯看出芯體與導桿之間有明顯的縫隙）。同時說明該批產(chǎn)品確實存在共同的繞制工藝缺陷。使得安裝運輸時震動引起了芯體移位。省公司應盡快組織各分公司進行同類設備排查防止頂針頂?shù)浇^緣紙上造成末屏虛接放電引起的套管故障。  2.2 實例二  2010年4月日，保定供電公司220kv富昌變電站＃2主變進行春檢預試工作中，例行對變壓器進行高壓試驗時試驗人員發(fā)現(xiàn)異常狀況：110kv中壓側(cè)a相、c相套管末屏引出測量端子的蓋子無法擰開，導致不能進行末屏絕緣、套管介質(zhì)損耗角正切值tanδ及電容量測量試驗。  富昌站 2號主變型號為sfsz10-180000/220，2007年11月投運，110kv中壓側(cè)a相、c相套管套管型號為brlw-126/2000-4，額定電壓126kv，額定電流2000a，油號10gbx。  該套管末屏形式為內(nèi)置連接型式（同過接地蓋、接地冒接地），及末屏接地引出線經(jīng)套管法蘭穿過絕緣小瓷套通過引線柱引出，引線柱單獨對地為絕緣狀態(tài)，正常運行時引線柱外圈螺紋口與外加金屬接地蓋內(nèi)部螺紋互套緊固后相連接，引線柱通過與金屬接地蓋內(nèi)部的壓力彈簧壓緊相接觸，保證末屏端子引線柱經(jīng)過金屬接地蓋與鑄鋁接地底座可靠連接，從而實現(xiàn)了套管末屏在運行中良好接地。  2.2.1 缺陷處理及原因分析  正常情況下試驗人員可徒手用力即可把金屬接地蓋旋轉(zhuǎn)擰開，斷開其與鑄鋁底座的連接面，露出末屏引出端子后便于套管絕緣試（如圖6）。  而當時現(xiàn)場工作人員即使采用套管鉗強行退出也無法轉(zhuǎn)動金屬接地蓋，經(jīng)過現(xiàn)場研究討論初步確定接地蓋不能正常開啟的原因是由于安裝時擰入位置不正造成螺紋滑牙亂扣現(xiàn)象，致蓋子無法擰開?，F(xiàn)場工作人員用手鋸沿著接地蓋與末屏引線柱外螺紋套的交界處割據(jù)，鋸開螺紋之間的亂螺口后退出接地蓋。通過對拆下的密封蓋及末屏測量端子檢查，發(fā)現(xiàn)密封蓋內(nèi)部壓力彈簧處存在火花放電痕跡（如圖7）；末屏測量端子上已經(jīng)有嚴重的氧化腐蝕現(xiàn)象（如圖8）。  現(xiàn)場用絕緣搖表測量末屏的絕緣電阻值為零值，現(xiàn)場用細砂紙對末屏抽頭上附著的氧化層進行充分打磨處理，清除氧化物后測量a相、c相套管末屏絕緣電阻及其他各項試驗數(shù)據(jù)均正常。由于接地蓋已經(jīng)鋸開無法使用，公司有此類接地蓋備件，現(xiàn)場工作人員重新對末屏引線柱外螺紋套進行套絲并擰上新接地蓋后異常缺陷消除。  由此可通過上述現(xiàn)象分析判斷導致本次110kv中壓套管測量端子異常缺陷的原因是：①機械原因，由于測量端子的蓋子和底座為鑄鋁材質(zhì)，在安裝過程中擰入時稍有位置不正即易造成螺紋滑牙亂扣現(xiàn)象，導致蓋子無法擰開。②電氣原因，由于末屏蓋螺紋滑牙亂扣現(xiàn)象導致蓋子與末屏之間的密封破壞，長時間運行進水受潮造成套管末屏試驗抽頭氧化接地不良，造成絕緣電阻遙測值為零值。③末屏測量端子利用蓋子內(nèi)部的壓力彈簧壓緊以保證末屏端子與鑄鋁接地底座可靠連接，但由于彈簧材質(zhì)、制造工藝或檢修中反復操作等外界因素使壓力彈簧狀態(tài)疲勞導致其壓力不足、銅螺桿與銅套接觸面粗糙、銅螺桿配合不良等均可能引起銅套接地不良造成的放電缺陷。  此次異常情況的發(fā)生是綜合上述因素結(jié)合在一起而引發(fā)的一個典型缺陷，該缺陷如不能及時發(fā)現(xiàn)并得到可靠處理，運行中極有可能導致由于套管缺陷隱患而造成主變壓器事故的惡劣影響。  2.2.2 反事故措施  針對設備運行、試驗及消缺處理過程中暴露的一些問題，建議采取適用的反事故措施。  ①在每次打開該類型電容式高壓套管測量端子的蓋子進行試驗時，不得使用尖利的螺絲刀等推動銅套，以保證銅螺桿與銅套接觸面的光滑度；恢復運行前應檢查銅套是否活動自如、表面粗糙程度是否良好，并測量其接地是否正常。②每次進行該類型電容式高壓套管的預防性試驗后，擰緊測量端子的蓋子時要注意對正螺紋位置，不正時不得大力擰緊，以免造成螺紋滑牙導致蓋子無法擰開。③在高壓套管設備選型和采購時，應建議高壓套管制造廠家改良測量端子蓋子和底座的材質(zhì)，將規(guī)避風險的關口前移，避免類似原因造成螺紋滑牙，進而影響設備的安全穩(wěn)定運行。  3　結(jié)束語  幸運的是這幾次套管末屏的異常缺陷發(fā)現(xiàn)及時、處理得當，否則將會發(fā)生嚴重的電氣設備損壞事故。套管末屏接地是否良好，對變壓器安全運行關系極大。套管末屏可靠接地是決不能忽視的大問題，從此次異常缺陷的發(fā)現(xiàn)到原因分析，可清楚地認識到套管末屏在運行中良好接地的重要性。作者認為今后電力設備在生產(chǎn)運行中需要改進和注意的問題如下：①建議定期對套管末屏部分進行遠紅外測溫檢查，對因接觸不良產(chǎn)生發(fā)熱的套管末屏力爭及早發(fā)現(xiàn)并及時處理消除運行隱患。②檢修維護人員利用一切停電的機會認真檢查套管各部件，及時消缺，排除隱患；嚴把質(zhì)量關，對新投運設備均經(jīng)有關方面驗收認可嚴防設備帶病投運；不斷提高專業(yè)技術水平，確保檢修質(zhì)量。③大量搜集設備運行數(shù)據(jù)并充分分析，盡早開展對運行設備的狀態(tài)檢修試驗。目前，對套管的末屏接地裝置接地可靠性缺乏有效的檢測手段，建議開展末屏良好接地臨測的試驗和研究，將末屏接地不良故障減少到最小。  參考文獻：  [1]陳化鋼.電氣設備預防性試驗方法.北京:水利電力出版社.1994.  [2]鐘洪壁.電力變壓器檢修與試驗手冊.北京：中園電力出版社，2000.  [3]國家電力公司.防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求 北京：中國電力出版社，2001-09.  [4]王世閣.電力變壓器故障分析與技術改進.北京：中國電力出版社.2004-04.