黃曉峰，吳胥陽(yáng)，張健聰，王穎劍

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司金華供電公司，浙江 金華 321017）

0 引言

套管作為變壓器的重要組件，起著引線(xiàn)固定及絕緣的作用。套管的缺陷或故障將威脅變壓器的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至造成變壓器突發(fā)跳閘等事故，影響電網(wǎng)的安全性及穩(wěn)定性[1-4]。套管介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ 和電容量Cx 可以有效反映設(shè)備絕緣的整體老化、受潮、內(nèi)部集中性缺陷等一系列問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比可以對(duì)套管絕緣狀況的發(fā)展趨勢(shì)做出有效判斷[5-9]。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)套管介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量異常變化情況時(shí)，應(yīng)引起足夠重視，及時(shí)找出問(wèn)題原因，避免套管帶病投運(yùn)。

除套管本體絕緣故障外，造成介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量異常的原因有多種[10-15]。本文介紹一起220 kV 變壓器因更換末屏引出裝置導(dǎo)致高壓側(cè)套管介質(zhì)損耗因數(shù)異常增大的罕見(jiàn)案例，并對(duì)造成此現(xiàn)象的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，提出相關(guān)建議。

1 案例介紹

1.1 案例概述

2018 年11 月20 日，根據(jù)公司反措要求，某220 kV 變電站1 號(hào)主變壓器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“主變”）套管末屏引出裝置結(jié)合大修工作，由原來(lái)的雷諾爾結(jié)構(gòu)更換為哈弗萊結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。更換完成后隨即開(kāi)展了套管絕緣試驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)各中性點(diǎn)及中壓側(cè)套管介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量均正常，但高壓側(cè)A，B，C 三相套管的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ均出現(xiàn)了異常增大的情況。該主變高壓側(cè)套管生產(chǎn)年份為2003 年，型號(hào)為BRLW-252/630-3，試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果及歷史數(shù)據(jù)如表1 所示，其中Cx，Cn 分布代表電容量測(cè)試值和出廠(chǎng)值。

圖1 更換前后的末屏引出裝置結(jié)構(gòu)

表1 高壓套管試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，高壓側(cè)套管的tanδ 值較歷史數(shù)據(jù)增大趨勢(shì)明顯，特別是B 相套管，tanδ 增幅達(dá)到了97.2%，且接近于狀態(tài)檢修規(guī)程規(guī)定的注意值的80%。

1.2 缺陷排查

1.2.1 套管介質(zhì)損耗因數(shù)異常常見(jiàn)原因

引起套管tanδ 值超標(biāo)的因素主要包括：

（1）外在因素，即試驗(yàn)儀器及外界環(huán)境的影響。

（2）套管將軍帽部位接觸不良引起的放電。

（3）套管末屏絕緣缺陷。

（4）套管內(nèi)部受潮或絕緣受損。

（5）套管絕緣油中存在氣泡，測(cè)試時(shí)發(fā)生局部放電。

1.2.2 套管介質(zhì)損耗因數(shù)異常原因排查

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員對(duì)以上因素進(jìn)行一一排查，得出以下結(jié)果：

（1）11 月20 日首次試驗(yàn)時(shí)采用AI-6000E 型電橋，11 月21 日更換為AI-6000F 型電橋開(kāi)展復(fù)測(cè)工作，在采取縮短試驗(yàn)引線(xiàn)、拉開(kāi)引線(xiàn)角度、屏蔽及清潔套管外表面等措施后發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果并無(wú)明顯變化，同時(shí)結(jié)合中壓側(cè)套管測(cè)試結(jié)果均為正常的現(xiàn)象，排除試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

（2）將軍帽位置放電是引起套管tanδ 值異常增大的一個(gè)重要因素[11-12，16]。檢修人員拆開(kāi)套管將軍帽，檢查并清潔導(dǎo)電桿與套管的接觸部位，發(fā)現(xiàn)并無(wú)明顯過(guò)熱或放電痕跡，處理后恢復(fù)將軍帽，重新開(kāi)展測(cè)試工作，套管tanδ 值仍無(wú)明顯變化，排除將軍帽與繞組引線(xiàn)接觸不良的因素。

（3）試驗(yàn)人員進(jìn)一步對(duì)三相套管的末屏絕緣電阻及tanδ 值進(jìn)行了測(cè)試。A，B，C 三相末屏絕緣電阻均達(dá)到100 000 MΩ 以上，tanδ 值分別為0.567，0.510，0.452，排除末屏的絕緣缺陷。

（4）采集套管本體絕緣油進(jìn)行油化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。套管本體油樣的微水及色譜分析結(jié)果均合格，結(jié)合末屏絕緣狀況，判定套管內(nèi)部運(yùn)行過(guò)程中并未發(fā)生過(guò)受潮或放電情況。

表2 套管油化試驗(yàn)結(jié)果

（5）為排出套管內(nèi)部絕緣油中的氣泡，檢修人員拆開(kāi)套管頂部注油孔，對(duì)套管本體進(jìn)行直接排氣處理，處理后對(duì)tanδ 值進(jìn)行復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)三相套管tanδ 值均所有減小，分別下降到0.477，0.513，0.395，可見(jiàn)對(duì)套管頂部放氣處理效果較明顯?？紤]為頂部排氣孔打開(kāi)后，內(nèi)部壓力發(fā)生變化，油中氣泡逐漸溶解或析出，改善套管介質(zhì)損耗。

1.3 處理結(jié)果

11 月22 日，環(huán)境氣溫轉(zhuǎn)高，經(jīng)過(guò)一天的靜置并放氣處理后再次測(cè)量套管的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ 及電容量Cx，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，如見(jiàn)表3 所示。

表3 套管靜置后試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 原因分析

2.1 油中氣泡對(duì)套管的影響

氣體在套管內(nèi)部會(huì)以2 種形式存在：

（1）溶解在絕緣油中，這種狀態(tài)的氣體對(duì)絕緣的介電特性影響不大。

（2）以氣泡形式懸浮在絕緣油中或附著于電容屏上：組合絕緣中，電場(chǎng)的分布與介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)成反比關(guān)系，空氣的相對(duì)介電常數(shù)（ε0≈1）約為油紙絕緣的相對(duì)介電常數(shù)（εr≈2.3）的一半，氣泡內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度就可達(dá)到絕緣介質(zhì)的2 倍以上，在電場(chǎng)方向上將承受較大的電應(yīng)力；另外在表面張力、浮力、油壓等作用下，氣泡會(huì)被逐漸拉伸，形成橢球形態(tài)，使得氣泡內(nèi)部及周?chē)碾妶?chǎng)進(jìn)一步畸變，局部場(chǎng)強(qiáng)更加集中。由于氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)低于絕緣油，就會(huì)首先在氣體內(nèi)部發(fā)生局部放電[17]。當(dāng)外界電壓達(dá)到一定值時(shí)，放電過(guò)程中的電子碰撞及產(chǎn)生的熱能將使絕緣油分解出更多氣體氣泡，嚴(yán)重情況下會(huì)形成“小橋”通道，使套管主絕緣發(fā)生貫穿性擊穿導(dǎo)致接地短路，因此套管油中氣泡問(wèn)題不容小覷。

式中：Px為套管絕緣介質(zhì)本身的有功損耗。

無(wú)功功率Q總則由絕緣介質(zhì)提供，由于介質(zhì)電容量變化不大，因此：

式中：Qx為套管絕緣介質(zhì)本身的無(wú)功損耗。

總的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ總：

式中：tanδx代表套管介質(zhì)損耗因數(shù)。

可見(jiàn)，套管內(nèi)部存在懸浮氣泡時(shí)，在電壓作用下，介質(zhì)損耗因數(shù)將會(huì)出現(xiàn)相對(duì)偏大的現(xiàn)象。

2.2 套管內(nèi)部絕緣油中氣泡形成原因

在11 月21 日的缺陷排查過(guò)程中，試驗(yàn)人員曾模擬末屏引出裝置更換過(guò)程，從套管底部拆開(kāi)末屏底座，對(duì)A 相套管進(jìn)行了少量放油，恢復(fù)后立即開(kāi)展介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)A 相套管本體tanδ 值從0.477 突升到0.687。 進(jìn)一步結(jié)合11 月20 日更換末屏引出裝置時(shí)2 個(gè)現(xiàn)象分析可知：

（1）220 kV 主變的中性點(diǎn)及中壓側(cè)套管高度遠(yuǎn)低于高壓側(cè)套管，它們的內(nèi)部油壓也更低，更換末屏引出裝置時(shí)流出的絕緣油及侵入的氣體相對(duì)較少；同時(shí)高壓套管為傾斜安裝狀態(tài)且內(nèi)部油壓相對(duì)較高，油中氣泡不容易快速上升到頂部油枕內(nèi)，而附著于電容屏外層或絕緣油中形成放電，因此該220 kV 變壓器更換末屏引出裝置后只表現(xiàn)出高壓側(cè)套管介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試異常的現(xiàn)象。

（2）高壓側(cè)B 相末屏底座拆除時(shí)未及時(shí)封堵，流出的絕緣油遠(yuǎn)多于A 相、C 相，侵入B 相套管的氣體也相對(duì)更多，造成B 相套管的tanδ 值高于另外兩相。因此，可以判斷本次案例中套管內(nèi)部絕緣油中的氣泡正是由于更換末屏引出裝置引起的。

處理過(guò)程中，11 月21 日的環(huán)境氣溫接近于11 月20 日，油中氣泡的溶解或析出速度相對(duì)緩慢，套管的tanδ 值并未完全恢復(fù)到歷史狀態(tài)。到11 月22 日，環(huán)境氣溫大幅提高，加快了氣泡溶解或析出速率，再配合頂部排氣處理，套管的tanδ 值最終恢復(fù)到正常狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

套管內(nèi)部存在氣泡將對(duì)其安全運(yùn)行產(chǎn)生巨大威脅，氣泡在電場(chǎng)作用下易發(fā)生放電進(jìn)而提高套管整體介質(zhì)損耗因數(shù)。本文介紹了一起由末屏引出裝置更換引起的氣泡侵入套管進(jìn)而引起介質(zhì)損耗因數(shù)異常增大的案例，并提出了以下建議：

（1）介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量能有效反映套管內(nèi)部的絕緣問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量異常時(shí)應(yīng)引起足夠重視，排查出問(wèn)題的根源。

（2）現(xiàn)有檢修模式下，主變停電時(shí)間有限，建議更換套管末屏引出裝置的時(shí)間安排特別是在冬季低溫環(huán)境期間應(yīng)盡量提早，使套管有足夠的靜置時(shí)間，以利于油中氣泡充分析出。

（3）針對(duì)主變停電時(shí)間短，沒(méi)有有效靜置時(shí)間的末屏引出裝置更換工作，建議在更換工作完成后，從套管頂部開(kāi)展抽真空脫氣處理，以加快油中氣泡的析出速度。