一起220 kV變壓器高壓套管故障分析

宋俊峰

（中電投河南公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002）

高壓套管是變壓器的重要組件之一，是將變壓器內(nèi)部高壓引線引到油箱外部的出線裝置。由于運行中的變壓器要長期承受工作電壓、負(fù)荷電流以及在故障中出現(xiàn)的短時過電壓、大電流的作用，因此對套管的制造、運行、檢修和測試都有嚴(yán)格的規(guī)定和要求。近年來，在我國的一些地區(qū)發(fā)生了多起變壓器運行事故，而由高壓套管故障引發(fā)的事故所占的比例較大。

2012年12月，國內(nèi)某電廠就發(fā)生了一起由于高壓套管內(nèi)部拉桿緊固不到位，造成主變跳閘的事故，本文對這起事故進(jìn)行分析。

1 高壓套管故障的基本情況

某電廠主變壓器(型號為DFP-240 000/220)于2012-05-30進(jìn)行安裝，2012-06-23通過所有現(xiàn)場交接試驗并帶電運行，運行情況穩(wěn)定。2012-12-01T02：00，主變A相“重瓦斯”動作，主變退出運行,電廠人員檢查瓦斯繼電器內(nèi)有氣體，隨即對該相變壓器油(牌號25)色譜進(jìn)行取樣分析，檢測結(jié)果如表1所示。

從表1的油色譜試驗數(shù)據(jù)可看出，故障后油中烴類氣體增長較大，其中C2H2值為6.25 μL/L。由此分析，變壓器內(nèi)部存在放電問題。由于CO、CO2沒有明顯變化，故初步懷疑為裸金屬放電，不涉及固體絕緣。結(jié)合事故后高壓繞組對中性點直流電阻測試值較6月20日交接試驗數(shù)據(jù)增長10 %，而低壓繞組直阻正常的現(xiàn)象，判定故障點在高壓套管與引線連接點、中性點套管與引線連接點、分接開關(guān)3個位置。2012-12-04對A相主變壓器進(jìn)行排油內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)：

(1) 高壓引線距離安裝套管第1個引線支撐件處有黑色痕跡，且木支撐件上有小黃銅珠(見圖1)；

(2) 內(nèi)檢人員用手活動套管底部繞組出線銅質(zhì)接線板，感覺接線板與套管導(dǎo)管接觸不緊密，兩者之間存在間隙。

圖1 引線支撐件上有金屬顆粒物

表1 主變A相事故前后油色譜分析數(shù)據(jù) μL/L

根據(jù)內(nèi)檢情況，懷疑該支高壓套管內(nèi)部存在放電，于是決定拆除高壓套管，進(jìn)行詳細(xì)檢查。2012-12-06將該支套管拆除后發(fā)現(xiàn)：

(1) 套管上部載流墊圈出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，有碳化物，如圖2所示；

圖2 套管上部載流墊圈燒蝕情況

(2) 高壓套管底部銅質(zhì)接線板與套管導(dǎo)管之間有0.5～1 mm間距，接觸面邊緣燒蝕嚴(yán)重,木支撐件上面的黃銅珠應(yīng)由此產(chǎn)生，如圖3所示。

圖3 接線板與導(dǎo)管接觸面燒蝕

抽出拉桿后，發(fā)現(xiàn)溫度補(bǔ)償裝置內(nèi)有大量碳化物，內(nèi)拉桿頭部及溫度補(bǔ)償裝置內(nèi)管(鋁質(zhì)管)處均有嚴(yán)重?zé)g現(xiàn)象，如圖4所示。

2 高壓套管故障原因分析

國內(nèi)運行的變壓器套管按載流方式的不同，大致分為穿纜式、導(dǎo)桿式和拉桿式3種，該支套管型號是GOE-1050-750-5000-0.6，油側(cè)的連接方式為拉桿式結(jié)構(gòu)。這種連接方式是將套管的中心銅導(dǎo)管用做導(dǎo)通電流的載體，帶電纜連接片的變壓器高壓引線用螺栓固定在套管底部帶有M12螺孔的銅質(zhì)接線板上，而銅質(zhì)接線板由一根細(xì)鋼制拉桿拉著與套管中心銅導(dǎo)管緊密接觸，以形成電流通路。鋼制拉桿正常時不通電流，只起到拉緊作用，拉桿式套管連接方法如圖5所示。在鋼制拉桿和內(nèi)導(dǎo)管之間有2個同心管組成的溫度補(bǔ)償裝置，其中內(nèi)管是鋁質(zhì)管，外管材質(zhì)為鋼，外管長度略長于內(nèi)管，溫度補(bǔ)償原理就是利用兩同心管溫度變化時伸縮不同而補(bǔ)償銅導(dǎo)管與鋼拉桿冷熱伸縮不同所帶來的影響。

圖4 溫度補(bǔ)償裝置內(nèi)管及拉桿燒蝕

圖5 拉桿式套管連接方法

為了使拉桿式套管底部接線板與內(nèi)導(dǎo)管保持緊密接觸，拉桿上部螺母在緊固時，力矩有著嚴(yán)格要求。具體安裝過程是，首先螺母要能夠很平滑地旋轉(zhuǎn)到螺桿上，否則要用“Molykote 1000”涂到螺栓上，多余的“Molykote 1000”要用白布擦去。在緊固拉桿上部的螺母時，力矩達(dá)到10 Nm時，測量從螺母頂部到螺桿頂部的數(shù)值，記為a。然后再繼續(xù)旋緊螺母，當(dāng)力矩在70～140 Nm間測量從螺母頂部到螺桿頂部的數(shù)值，記為b。當(dāng)b-a符合說明書規(guī)定的值時，說明拉桿緊固已經(jīng)符合要求。對于該型號套管，ABB GOE套管安裝使用說明書規(guī)定，b-a=10±0.5 mm符合要求。

拆下的高壓套管經(jīng)廠家技術(shù)人員現(xiàn)場實測，b值為18.34 mm。在現(xiàn)場對此支高壓套管重新按使用說明書要求進(jìn)行裝配，當(dāng)緊固力矩為10 Nm時，a=19.34 mm；當(dāng)緊固力矩為100 Nm時，b=27.38 mm，b-a=8.04 mm,不能滿足要求。繼續(xù)緊固，當(dāng)緊固力矩為130 Nm時，b=29.30 mm，b-a=9.96 mm，滿足要求，套管緊固結(jié)束。對比拆下時實測的b值為18.34 mm，可以判斷此支套管現(xiàn)場安裝時內(nèi)部拉桿未完全緊固到位。

進(jìn)入冬季后，氣溫降低，盡管有溫度補(bǔ)償裝置的作用，氣候變化仍加大了套管底部銅質(zhì)接線板與導(dǎo)管之間的間隙，兩者之間產(chǎn)生電弧放電，油氣分離，導(dǎo)致變壓器瓦斯動作跳閘。同時，由于套管底部接線板與導(dǎo)管之間的間隙，使得電流無法由接線板經(jīng)導(dǎo)管正常流通，而接線板與拉桿為一體式，拉桿長期通過本不該承擔(dān)的電流，致使其上部、中部出現(xiàn)不同程度的燒蝕。

3 防范措施

此次高壓套管事故不但造成了地區(qū)供電緊張，對電廠經(jīng)濟(jì)影響也很大。為了防止發(fā)生同類事故，提出以下防范措施：

(1) 拉桿式套管具有安裝便利、運行安全可靠的優(yōu)點，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在拉桿緊固時如果拉桿拉力不夠，投入運行則會釀成事故，故應(yīng)嚴(yán)格按照說明書規(guī)定進(jìn)行裝配。

(2) 設(shè)備停運檢修期間，應(yīng)對拉桿式套管裝配尺寸進(jìn)行復(fù)核，檢查拉桿的緊固力矩是否符合要求，并將復(fù)核尺寸與歷次數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

(3) 變壓器油中溶解氣體分析是判斷充油電氣設(shè)備早期潛伏性故障的靈敏而有效的方法。對每一次試驗結(jié)果不但要分析其各特征氣體含量的絕對值，還應(yīng)同時分析其產(chǎn)氣速率，以便盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，及時采取相應(yīng)的措施。

(4) 變壓器繞組直流電阻測試對判別繞組接頭的焊接質(zhì)量和繞組有無匝間短路、套管接線板與導(dǎo)電桿的接觸程度、分接開關(guān)各個位置接觸是否良好以及分接開關(guān)的實際位置與指示位置是否相符等具有指導(dǎo)意義，應(yīng)加強(qiáng)在交接、大修、預(yù)試和無載調(diào)壓變壓器改變分接位置后、故障后的測試工作，并參照原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

(5) 建議每隔5年對套管油進(jìn)行一次色譜分析，并將首次分析數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)值，便于以后進(jìn)行對比。

1 王 偉，韓金華，郭運明，等．一起進(jìn)口套管燒損故障情況介紹[J]．高壓電器，2012(02)．