淺談110kV 變壓器套管常見故障

陳偉平

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳518000）

0 前言

變壓器套管是變壓器載流元件之一，它將變壓器內部的高、低壓引線引到油箱的外部，它不但作為引線對地的絕緣，而且擔負著固定引線的作用，具有足夠的電氣強度和機械強度；并且在變壓器運行過程中，變壓器套管長期通過負載電流，當變壓器外部發(fā)生短路時，短路電流從套管通過，保證了變壓器對電能的正常傳輸，保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

1 套管故障發(fā)生的經(jīng)過

110kV 湯坑站#1 主變變高中性點套管發(fā)生故障， 套管內的導電桿頂開瓷套管的頂蓋，并暴露在空氣中，有5cm 左右的導電桿暴露在空氣中，主變真空度破壞，主變有隨時跳閘危險。經(jīng)過部門領導與調度的共同協(xié)調，決定立刻緊急停電處理故障，經(jīng)過檢修班組人員的及時搶修后恢復了供電。

2 處理套管故障前原因判斷

在現(xiàn)場我們了解到，因為#1 主變運行時負荷高，幾乎是滿負荷運行，溫度過高，可能導致套管內的油紙式電容絕緣紙與導電桿發(fā)生局部放電，使導電桿頂出套管的上蓋。主變密封性能及真空度破壞，空氣進入主變內部，瓦斯保護隨時有故障跳閘可能，嚴重影響主變的安全穩(wěn)定運行。套管中的油漏出來，缺少絕緣油運行的主變套管，隨時有絕緣擊穿，甚至有爆炸可能。 初步總結出可能原因：一是，110kV 湯坑站#1 主變變高中性點套管的內部絕緣材料質量在長時間運行后可能出現(xiàn)問題，可能導致導電桿處局部放電，發(fā)熱，油過熱膨脹頂開套管頂蓋；二是，可能套管頂蓋的密封設計不夠牢固，或出廠、安裝時未裝設牢固。

3 套管缺陷故障處理

由于是緊急搶修，所以采取是直接更換新的變壓器套管。 現(xiàn)場做好工作準備和危險點分析控制措施，準備檢修時所需的工具、吊車設備以及更換部件、消耗品。

對110kV 湯坑站#1 主變變高中性點套管采取放盡舊套管的變壓器油，然后用吊車吊出舊的套管，更換上已檢查過的新套管的處理措施；搶修工作過程中要注意防止水分雜質等進入主變內部，要用干凈的薄膜密封好。經(jīng)更換上新的套管，是由各個專業(yè)的檢查測試合格，再對主變器進行濾油，靜止，再送電恢復運行。

4 對套管解體分析

通過對套管解體后， 發(fā)現(xiàn)套管內部導電桿有明顯的燒損的痕跡，應該是油紙式電容絕緣紙與導電桿放生局部放電使導電桿頂出套管的上蓋，使得套管中的油漏出來。 而通過此次套管的解體也可進一步了解變壓器油紙電容式套管的結構特點。

其結構圖如圖1 所示，它由內部的電容芯子，頭部的儲油柜、上瓷套、中部的安裝法蘭、下瓷套和尾部的均壓球組成。套管整體用頭部的強力彈簧通過導管，并借助于底座串壓而成。

1）電容芯子是套管的重要部分，是由0.08-0.12mm 厚的電纜紙和0.01mm 厚的鋁箔加壓力交替在導電桿上成型。 鋁箔是在電纜紙的層間每隔一定厚度（為1.2－2.2mm）放一層，形成與中心導管并列的同心圓柱體電容屏。 屏數(shù)可為10－60，電壓等級越高，屏數(shù)愈多，電場愈均勻。 便屏數(shù)過多，電場分布改善效果不顯著，同時造成制造工藝復雜。為了提高局部放電電壓，鋁箔的邊緣常采用半導體紙鑲邊的方法。 電容芯子加工完成后要經(jīng)真空干燥浸油處理，以消除電容芯子內殘存的水分和空氣泡，提高絕緣性能和降低電容芯子的局部放電量。

2）導電桿一般是鋼管，其既是電容芯子的骨架，又是電纜引線穿過的通道，必要時可作為零屏。但電壓高是，一般都把電容芯子中最里屏作為零屏，并與導電桿連成同電位，即帶電端。電容芯子最外層的電容屏為地（末）屏。地（末）屏與安裝法蘭的連接是采用在地（末）屏靠近接地小套管處增加一層厚約為0.3mm、寬為50mm 的銅帶，在銅帶上焊接上一根軟絞線，使軟絞線穿過地（末）屏外層的電纜紙與接地小套管相連，接地小套管在試驗時，可供測量套管的介損和測量變壓器局部放電時取信號之用，試驗結束后應使接地小套管與安裝法蘭一起接地，成為零電位。

圖1 油紙電容式套管結構

3）頭部和儲油柜。 在電容芯子和瓷套之間的空隙間注滿變壓器油，需要在頭部裝設一個適應變壓器油熱脹冷縮用的儲油柜。儲油柜的結構是全密封的，儲油柜的上部的氣室起緩沖作用。 儲油柜上有一注油塞，當油位降低時可以注油。為了減少儲油柜上的渦流損耗，額定電流大于600A 時應采用非導磁性材料制成。 當油溫為20℃時，儲油柜上的油位應在油表總商的2/3 處。

油紙電容式套管采用串壓方式壓緊，頭部結構中需要有用于壓緊的強力彈簧。 強力彈簧應均勻分布在導電桿的周圍，并均等地傳遞緊力，保證套管的密封性。

4）安裝法蘭是支撐整個套管用的，同樣當額定電流大于600A 時應采用非導磁性材料制成。

安裝法蘭上除了有接地小套管外，還有一個取油樣塞子，它是用一絕緣管直引到套管的底部，也就是說反映套管底部的油樣。 因為如果套管頭部密封不良，水分一般會沉積在套管的底部。

5）尾部結構。 油紙電容式套管具有下瓷套，最下端裝有一個均壓球用以改善電場分布，這樣可以縮水套管尾部與油箱或繞組之間的絕緣距離。 未進入套管的引線部分絕緣應包成錐形，安裝時要使錐形的前端進入均壓球。

通過對套管解體分析， 造成管內部導電桿有明顯的燒損的痕跡，應該是油紙式電容絕緣紙與導電桿放生局部放電產生的。

總結歸納出套管發(fā)生故障的兩個主要的原因：一是，套管在出廠時密封安裝不夠嚴密、頂蓋設計不夠合理或裝設不夠牢固，在長時間運行后膠墊圈密封不良，可能進入水分，導致內部絕緣下降從而發(fā)生局部放電絕緣擊穿，漏油現(xiàn)象。 二是， 套管在出廠做試驗時特別是抽真空試驗不徹底 （或環(huán)境因素影響），使屏間殘存空氣，套管在長期運行后在高電場的作用下，內部發(fā)生局部放電，導致絕緣層擊穿，造成事故。

5 套管其它常見故障原因分析及措施

1）套管表面臟污吸收水分后絕緣電阻降低，其后果是容易發(fā)生閃烙，造成跳閘。同時，閃絡也會損壞套管表面。臟污吸收水分后，導電性提高，不僅引起表面閃絡，還可能因泄漏電流增加，使絕緣套管發(fā)熱并造成瓷質損壞，甚至擊穿。

2）由于套管膠墊密封失效、油紙電容式套管頂部密封不良，可能導致進水，使絕緣擊穿，下部密封不良使套管滲油，導致油面下降。 套管密封失效的原因主要有兩個方面： 一是由于檢修人員經(jīng)驗不足，緊固力不夠；二是由于超周期運行或是膠墊質量存在缺陷。其他諸如，接地小套管故障；套管本身結構不合理，且存在缺陷。 比如，有的變電所主變套管，由于引線與引線頭焊接采用錫焊，套管導壓管為鋁管，導線頭為銅制，這種銅鋁連接造成接觸電阻增大。

3）人為原因、套管大修中，抽真空不徹底，有殘存空氣，運行后在高電場作用下，發(fā)生局部放電，甚至導致絕緣層擊穿，造成事故。再有，套管頭部結構安裝不合理。 例如導線頭與防雨帽接觸不緊密；防雨帽與接線鼻子不緊密；接線鼻子與接線板接觸不良等，造成接觸電阻增大，引線接頭發(fā)熱燒結。

4）套管在驗收時未認真檢查末屏接地情況是否良好，或試驗時打開末屏接地后未恢復完好， 造成套管末屏蓋內壓緊彈簧緩慢氧化銹蝕，漸漸失去彈性導致末屏導電桿沒有可靠與蓋內接地金屬片有效接觸，造成末屏接地不良，甚至有放電。

針對這些缺陷制定了如下具體措施：

1）針對套管油樣不合格、含乙炔氣等缺陷采取的措施是：對新進套管要嚴格檢驗，避免人為因素引起故障。

2）針對套管密封不良、有進入氣體或滲油現(xiàn)象采取的措施是：通過更換膠墊保持密封，使套管無滲漏。

3）針對套管頭部過熱等缺陷可采用的具體措施是變銅鋁過渡為銀銅接觸，從而減小氧化作用。 另外，在拆、接、引過程中，要注意檢查各部位是否連接良好，采用導電脂，減小其接觸電阻，從而杜絕其過熱現(xiàn)象。 在運行時要加強巡視，利用紅外測溫儀對套管進行探溫測量。

4）套管末屏接地不良或有放電跡象，可檢查壓緊彈簧，如氧化生銹應對彈簧除銹或直接更換新的彈簧，然后可用萬用表及搖表重復測量其對地是否接通良好。

6 結束語

變器套管在運行中，由于各種原，油紙電容式套管時不時會發(fā)故障或缺陷。對此，檢修維護人員應做到：利用一切變壓器停電機會檢查套管，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，消除隱患；采用高科技產品導電脂，降低接觸面電阻，防止套管頭部發(fā)熱燒損：嚴把質量關，所購檢修維護材料需經(jīng)有關方面驗收認可；提高檢修工作人員專業(yè)技能，確保在一次設備驗收時要嚴格認真。因此，我們只有全面了解和熟悉設備結構特點，對設備在運行中出現(xiàn)的問題進行分析總結，才能快速、有效處理缺陷，才能更好的確保設備及電網(wǎng)的安全可靠運行。

致謝

感謝廖偉興班長對變壓器套管常見故障分析過程中給予了許多指導，對本文提供了寶貴意見，謹此致謝。