浙江電網在運變壓器套管末屏接地結構分析

鄒國平，何文林，孫 翔

（浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

0 引言

套管是電力變壓器的重要組成部分，主要承擔變壓器內部出線的對地絕緣、支撐及載流功能，必須具備足夠的電氣和機械強度，能在運行中承受長期負載電流和短路時的瞬時過熱，并具有良好的熱穩定性。如果變壓器套管存在缺陷或發生故障，將直接危及變壓器的安全運行和供電可靠性[1]，開展電力變壓器套管帶電檢測技術研究具有重要的工程應用價值。輸變電設備狀態量優化分析研究結果表明，實施套管介損與電容量帶電檢測可將變壓器非停電檢修策略的盲檢率從目前的4.9%降低至3%[2]。

電容型套管具有電場分布均勻、耐受電壓高的優點，在110 kV及以上電力系統中得到廣泛應用。電容型套管的結構如圖1所示，由接地端子、儲油柜、上瓷套、下瓷套、電容屏、導電桿、絕緣油、法蘭和均壓球等組成。套管末屏就是最外面一層的電容屏，接地端子是在最外層鋁箔上卷入一層銅帶后通過絕緣小套管引出的結構，主要用來接地及測量套管的介質損耗因數和電容量[3]。

圖1 電容型套管的結構示意

目前，對電容型套管的停電檢測與帶電檢測技術無論是理論研究還是工程應用都已比較成熟，主要是應用電橋法、相位差法與數字測量法[4]來測量介損值與電容量。套管實現帶電檢測的最大難點在于套管末屏信號的取樣。出于安全考慮，現有變壓器套管在正常運行時其末屏基本上是通過接地帽在內部接地，帶電檢測時無法引出末屏測試信號。而國內套管生產廠家眾多，不同生產廠家、不同型號的套管采用不同的末屏接地方式，因此研究不同套管的末屏接地方式，并制造相應的末屏適配器是套管帶電檢測中要解決的關鍵問題。

1 浙江電網變壓器套管運行情況分析

據統計，浙江電網共有110 kV及以上電壓等級變壓器電容型套管11 597支，其中生產廠家信息明確的共有9 498支，占在運電容型套管總數的81.9%。純瓷套管沒有末屏，不能安裝套管帶電檢測傳感器，因而未進行統計。

根據統計，變壓器套管的主要生產廠家有傳奇電氣、上海MWB、南京智達、南京南瓷、ABB、西安西瓷、NGK電瓷等，產品占比見圖2。

圖2 電容型套管的廠家分布

2 套管末屏接地結構分析

2.1 傳奇/MWB套管末屏接地結構

傳奇套管主要有3種末屏結構，分別是普通抽頭結構、K抽頭結構和插銷式接地結構。MWB套管則均采用普通抽頭結構。傳奇與MWB采用的普通抽頭結構如圖3所示。

傳奇套管的K抽頭結構如圖4所示，其末屏接地引出線穿過小瓷套并通過引線柱引出。引線柱外設有金屬接地帽，通過頂針使末屏引線柱和接地帽緊密連接，利用頂針內的彈性結構保證可靠接地。K抽頭結構與普通抽頭結構的主要區別在于：K抽頭結構在引線柱的末端設有接線螺帽，便于停電試驗接線。

圖3 傳奇/MWB普通抽頭結構

圖4 傳奇K抽頭結構

插銷式接地結構如圖5所示，末屏利用引線柱上的推拔銅套與接地端子內部法蘭連接接地。當正常運行需要接地時，在彈簧的作用下，接地帽與法蘭接觸達到接地目的；當測量需要打開接地時，將銷釘插入固定銷孔內，接地帽就會與法蘭保持一定距離，以保證末屏對地絕緣[5]。

2.2 南京智達套管末屏接地結構

南京智達套管的末屏接地方式與傳奇/MWB普通抽頭末屏類似，都是通過金屬接地帽接地，但其彈性結構設置在接地帽中，引線柱通過接地帽的擰緊接觸實現末屏有效接地。南京智達套管末屏結構如圖6所示。

2.3 南瓷套管末屏接地結構

南瓷套管有新、舊2種末屏接地結構，都是通過彈性接地帽接地，主要區別在于絕緣材料與引線柱的粗細不同。圖7所示的是2008年之前采用的末屏接地結構，引線柱直徑為8 mm，帶螺紋，絕緣材料采用黑膠木。圖8所示的是2008年之后采用的末屏接地結構，引線柱直徑為6 mm，帶螺紋，絕緣材料是三氧化二鋁陶瓷，穩定性更好，可以裸露在空氣中。

圖5 傳奇插銷式接地結構

圖6 南京智達接地結構

2.4 ABB套管末屏接地結構

圖7 南瓷普通絕緣接地結構（1）

圖8 南瓷陶瓷絕緣接地結構（2）

圖9 ABB TOB/TOM套管末屏接地結構

圖10 ABB GOE套管末屏接地結構

ABB套管的末屏結構共有3種，如圖9—11所示。圖9為合肥產TOB與TOM型套管及瑞典產GOB與GOM型套管的末屏接地結構，在多種電壓等級中都有應用。圖10為瑞典產GOE型套管的末屏結構，主要應用于500 kV電壓等級套管。圖11為RTKF/RTKK型套管末屏結構，正常運行時引線柱與套管末屏外殼間通過彈簧片連接起到接地的作用，如圖11（a）所示。試驗時利用專用工具斷開引線柱與套管末屏外殼的連接，如圖11（b）所示。該套管曾在省內110 kV電壓等級中廣泛應用，但自2004年后，在運套管已基本更換為TOB與TOM型套管。

圖11 ABB RTKF/RTKK型套管末屏接地結構

2.5 西瓷套管末屏接地結構

西瓷套管末屏接地結構共有3種，圖12是使用最廣泛的插拔式結構，西瓷套管有超過90%使用該結構。圖13和圖14是2種彈性接地帽結構，主要區別在于短接地帽結構需用螺拴緊固，而長接地帽結構用自帶的接地螺帽緊固即可。

圖12 西瓷套管末屏插拔式接地結構

2.6 NGK套管末屏接地結構

NGK 套管的末屏接地結構與其它套管明顯不同，是利用彈片接觸的方式實現接地，因此對彈片的材料與工藝要求較高。NGK彈簧接觸板由鈹銅材料制成，通過夾緊末屏引線柱實現接地，其末屏結構如圖15所示。

圖13 西瓷套管末屏短接地帽接地結構

圖14 西瓷套管末屏長接地帽接地結構

圖15 NGK套管末屏結構

2.7 其他套管的末屏接地結構

天威瑞恒玻璃鋼電容式變壓器套管采用以玻璃鋼復合材料作內絕緣、硅橡膠復合材料作外絕緣的干式套管，其末屏接地結構如圖16所示。該套管的接地是通過引線柱上的圓形金屬蓋實現的，運行時圓形金屬蓋穿過引線柱，通過擰緊導電桿上的螺帽實現有效接地；停電試驗時，則擰開螺帽取下金屬蓋，實現末屏對地絕緣。

圖16 天威瑞恒套管末屏接地結構

泛美雷特套管電容芯子采用玻璃纖維浸漬環氧樹脂構成絕緣層，并與半導體材料制成的電容屏一起高溫固化，傘裙由硅橡膠材料制成。泛美雷特套管末屏接地結構如圖17所示，其末屏接地帽上有與接口相適應的頂針，正常運行時插上接地帽并旋緊螺紋實現有效接地，停電試驗時取下接地帽即實現末屏對地絕緣。

圖17 泛美雷特套管末屏接地結構

3 末屏信號引出方式

從末屏信號引出的角度來看，以上15種末屏接地結構可以分為3類，分別是插拔式、螺紋式和特殊式。

插拔式結構是指末屏引線柱為光滑導桿，主要包括傳奇/MWB普通抽頭結構、ABB TOB/TOM結構與GOE結構、西瓷的3種結構（西瓷短接地帽結構引線柱末端無螺紋）和NGK結構，通過彈性結構抱緊光滑導桿實現信號有效引出。

螺紋式是指末屏引線柱為螺紋導桿結構，主要包括傳奇K抽頭結構、南京智達結構、南瓷普通絕緣與瓷絕緣結構和天威瑞恒結構，此類結構須通過螺紋連接導桿實現信號引出。

特殊式是指結構較為特殊，既不是光滑導桿也不是螺紋導桿，主要包括傳奇的插銷式結構、ABB的RTKF/RTKK結構和泛美雷特結構，此類結構為針對每種結構單獨設計信號引出方式。

4 結語

變壓器套管是變壓器的重要組成部分，其健康狀況將直接影響變壓器的穩定性和供電可靠性，因此開展套管帶電檢測技術具有重要的工程應用價值。

統計表明：浙江電網在運的變壓器套管生產廠家主要是傳奇電氣、上海MWB、南京智達、南京南瓷、ABB、西安西瓷、NGK電瓷，市場占有率依次從高到低排列。這7個廠家及天威瑞恒、泛美雷特共9個套管生產廠家的產品有15種不同的末屏接地結構，在開展套管末屏帶電檢測接口開發與套管在線監測/帶電檢測技術研究中，要考慮適應不同的末屏結構和接地方式。

[1]陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].北京：中國科學技術出版社，2001.

[2]孫翔，何文林，胡文堂，等.變壓器狀態量的優化分析[J].浙江電力，2012（1）：6-9.

[3]司馬文霞，蘭海濤，杜林，等.套管末屏電壓傳感器響應特性研究[J].中國電機工程學報，2006，26（21）：172-176.

[4]王昌長，李福祺，高勝友.電力設備的在線監測與故障診斷[M].北京：清華大學出版社，2006.

[5]陳潤晶，王世閣.油浸電容式套管末屏故障分析及處理[J].變壓器，2009，46（3）：172-176.