吳凱 張緯怡

摘 要 變壓器要實現(xiàn)內(nèi)部繞組引線引出至油箱外部，需要套管這一主要元件作為載體，既使引線對地絕緣，也能固定連接引線。套管可分為純瓷型、充油型和油紙電容型、膠紙電容型、復(fù)合外套干式電容型等。本文介紹了一起500kV主變套管電容量及介損異常分析，利用電氣試驗和絕緣油試驗在理論上初步分析了故障原因，通過返廠解體試驗找到了故障位置和故障起因，對電容屏的生產(chǎn)工藝提出新的要求。

關(guān)鍵詞 套管 電氣試驗 油色譜分析 電容屏

中圖分類號：TM63 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）07-0055-02

變壓器要實現(xiàn)內(nèi)部繞組引線引出至油箱外部，需要套管這一主要元件作為載體，既使引線對地絕緣，也能固定連接引線。油紙電容型套管，也就是通過多層絕緣層、以及各絕緣層間的鋁箔來實現(xiàn)主導(dǎo)電臂的包裹絕緣，是電壓等級在110千伏及以上的套管的主要絕緣結(jié)構(gòu)，以主導(dǎo)電臂為圓心形成一大串同心圓柱形電容器，通過電容分壓的原理均勻電場。在最外層的鋁箔經(jīng)過小套管向外引出，稱為套管末屏。因為套管體積不大，導(dǎo)致電容量也很小[1]（幾百皮法左右），因此套管的老化、內(nèi)部進水受潮以及套管其他局部性的缺陷都可以通過套管介質(zhì)損耗的測量數(shù)據(jù)反映;如果油型套管內(nèi)部出現(xiàn)問題，比如連接小套管斷線或接觸不良、內(nèi)部嚴(yán)重少油、電容層局部擊穿等，也可通過電容量變化的測量數(shù)據(jù)來反映。

1 故障概況

在某次例行試驗中，以500千伏變電站內(nèi)#1主變高壓套管為試驗對象，套管的型號為500HC639，制造廠家為（英國）傳奇電氣有限公司，生產(chǎn)日期是2000年6月，進行電容量和介損的測試數(shù)據(jù)采集。試驗過程中，如表1所示，發(fā)現(xiàn)A相高壓套管電容量及介損超標(biāo)[2]。隨即采集套管油樣進行油色譜和微水試驗，試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

2 理論分析

在停電試驗前一周對套管進行紅外精確測溫，試驗結(jié)果見表3，未發(fā)現(xiàn)異常。

同時歷史試驗數(shù)據(jù)也正常，結(jié)合停電試驗數(shù)據(jù)和絕緣油試驗數(shù)據(jù)，初步懷疑套管內(nèi)部存在如下缺陷[3]：

（1）介損超標(biāo)，套管內(nèi)部可能受潮或者存在局部缺陷;（2）電容量增大，套管內(nèi)電容屏可能局部被擊穿;（3）油中水分含量為14.8mg/L，小于規(guī)程規(guī)定的15mg/L，說明套管內(nèi)部沒有進水受潮;（4）油色譜中特征氣體氫氣和甲烷含量占據(jù)主要部分，乙炔和乙烷含量占據(jù)次要部分，說明套管油紙絕緣中存在局部放電;（5）油色譜中特征氣體存在乙炔，但是不能確定套管內(nèi)部是低能量的局部放電還是電弧放電，于是對特征氣體進行三比值編碼：，編碼為1;，編碼為2;，編碼為1，三比值編碼組合是“121”，初步判斷為低能量放電兼過熱故障。

結(jié)合以上幾點分析，初步判斷套管內(nèi)部長期存在低能量局部放電，導(dǎo)致電容紙被局部擊穿，從而引起電容量增大和介損超標(biāo)以及絕緣油中出現(xiàn)特征氣體。

3 返廠解體試驗

3.1 絕緣油試驗

本次試驗從套管頂部取油，由于套管在運輸過程中平放，頂部儲油柜內(nèi)的絕緣油與瓷套內(nèi)的絕緣油充分交換，油中溶解氣體再次平衡，本次檢測數(shù)據(jù)較現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)高。油色譜檢測結(jié)果顯示乙炔、總烴、氫氣均嚴(yán)重超標(biāo)，與現(xiàn)場檢測結(jié)果特征一致。

3.2 密封性檢查

在套管解體過程中先把其頂部將軍帽拆除，頂部有兩個流油孔在橡膠軟木墊下部，橡膠軟木墊無異常，將軍帽內(nèi)也沒有潮汽浸入現(xiàn)象。從套管頂部流油孔注入高純度N2，注入壓力達到0.3MPa，持續(xù)兩個小時觀察氣體壓力沒有明顯下降趨勢，在套管頂部的法蘭密封附近、油位計等部位均勻涂抹泡沫水后也未出現(xiàn)泡泡，證明所有部件密封性均不錯。

3.3 儲油柜檢查

儲油柜分為上、下兩個儲油室，下部的儲油室包含氣端瓷套、法蘭、套管油端瓷套、電容芯體等部件，上部儲油室和下部儲油室之間通過兩根油管連通。仔細排查后未發(fā)現(xiàn)儲油柜內(nèi)部有潮汽進入跡象，內(nèi)部的防潮設(shè)計也比較完美，不存在潮氣從流油孔進入的可能性。

3.4 套管拆解

該套管結(jié)構(gòu)上采用拉桿式，電容芯纏繞在鋁管上，將一根銅棒放置在鋁管內(nèi)部，其下端連接變壓器的繞組，中部加裝限位措施，而且在銅棒外部包裹絕緣，上部連接將軍帽，采用螺紋連接方式。電容芯剝出后，外表面絕緣包裹也較為整齊，沒有爬電、放電痕跡，按壓各電容屏的絕緣，發(fā)現(xiàn)絕緣包裹松緊度不好，比較松散。

3.5 電容屏檢查

通過逐層剝離電容屏，逐層檢查電容屏介損異常情況以及電容屏測試[4]。以鋁管連接的零屏為最后屏，末屏為第1屏，經(jīng)拆解，該套管電容屏共計76屏，其結(jié)構(gòu)大致為每一屏為開口大小約1公分、相鄰錯開開口的開口布置，整屏的為第1、20、38、57、76屏，剩余為兩塊端屏拼接布置。進行逐層剝離電容屏過程中出現(xiàn)部分問題，如裁剪不精細、布置不規(guī)則的電容屏邊緣、部分包繞不密實的絕緣紙、疑似下墜移位的下端部絕緣紙、缺失部分鋁箔邊角等問題。

因該套管大量采用端屏，無法逐屏開展電容量測試，只能對第1、20、38、57、76整屏進行電容量測試，試驗數(shù)據(jù)見表4。

接下來進行介損異常分析，發(fā)現(xiàn)不同層的燒蝕情況不同，從39層開始到70層，燒蝕逐漸嚴(yán)重，在39-40屏?xí)r出現(xiàn)了直徑為5cm的受熱變色痕跡，伴隨有輕微焦糊味;黑色燒蝕碳化點出現(xiàn)在40-41屏;兩個燒蝕點開始出現(xiàn)在42-43屏;因燒蝕產(chǎn)生的絕緣紙表面破損出現(xiàn)在44-45屏;三個燒蝕點出現(xiàn)在46-47屏。我們截取了最為嚴(yán)重的兩個位置展示，其一是如圖1所示的燒蝕痕跡中心，位于整屏的第57屏，其二是如圖2所示的最為嚴(yán)重的燒蝕位置，位于第60-70屏?？斩粗行奈挥诰噤X管尾端476cm處，軸向直徑6cm，水平直徑5cm。燒蝕程度逐漸減輕的情況開始在70屏出現(xiàn)，中下部鋁箔及絕緣明顯皺褶出現(xiàn)在74-75屏。76屏為零屏，與鋁管的連接可靠，無放電痕跡，與燒蝕痕跡對應(yīng)的鋁管表面有過熱痕跡。

4 結(jié)論

綜上所述，該套管的電容屏發(fā)生放電現(xiàn)象，原因是其鋁箔裁剪工藝控制不良，卷繞不密實。電容屏卷繞不緊會導(dǎo)致長時間運行后局部電容屏受重力作用向下移動（根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，57屏至60屏之間3個間隔總間距為4cm，這跟大部分電容屏相鄰兩屏之間，下屏下邊沿的軸向間距一般為1cm的基本設(shè)置不同，多出1cm），場強會發(fā)生變化，若同時存在電容屏裁剪、芯體中存在雜質(zhì)等缺陷[5]，會造成局部放電的情況。

參考文獻：

[1] 陳天翔，王寅仲.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] Q/GDW1168-2013.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2013.

[3] Q/GDW11447-2015.10kV-500kV輸變電設(shè)備交接試驗規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2015.

[4] 鄭東升.油務(wù)化驗/國家電網(wǎng)公司人力資源部組編[M].北京：中國電力出版社，2010.

[5] 甘強.郁鴻儒.譚婷月.500kV變壓器電容型套管電容屏絕緣缺陷分析[J].變壓器，2018（03）：62-66.