220kV變壓器高壓套管色譜異常分析

摘要：本文通過油色譜分析法對一起220kV電容式油紙高壓套管進行檢測，通過對研究分析異常故障原因，結合系統的實際運行情況提出了相應的政策建議，進而為220kV變壓器高壓套管色譜異常分析提供參考依據。

關鍵詞：變壓器 套管 電容式 故障分析

1 概述

在變壓器的各種組件中，高壓套管作為重要組件，在一定程度上影響和制約著變壓器運行的可靠性，其作用是從油箱引出繞組引出線，進而與電網連接。如果變壓器的內部故障不能及時發現，或者對變壓器維護不當，極易損壞絕緣，甚至將絕緣擊穿引發爆炸事故。對油中溶解氣體的組分和含量通過采用油色譜進行檢測，進而在一定程度上對油電氣設備存在的潛伏性故障進行分析，并對故障的發展趨勢和危害程度做出判斷。因此，為了確保套管和主設備運行的安全性，需要對套管內部存在的潛伏性故障進行判斷。所以，需要對套管油樣進行定期檢測和分析。

2 故障及故障檢查

2.1 故障

在2008年220kV棋盤變電站正式投入運營使用，為了確保設備運行的安全性，在2010年3月對該變電站的#3主變進行預防性檢測。在檢測過程中發現C相套管油色譜出現異常數據，其異常數據表現為：總烴、氫氣、乙炔含量嚴重超標。該套管型號為BRL1W1-252/630-4，是某公司2006年11月出廠的，在表1中列出了其歷次油色譜的相關數據。

表1 #3主變高壓C相套管油色譜數據（μL/L）

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利用改良三比值法編碼規則對#3主變進行檢測，故障編碼為202，對該套管內部故障按照改良三比值法進行初步判斷。其結果是：套管內部不同電位的連接點接觸不良引發連續火花放電造成，進而在套管內部出現相應的電弧放電故障。

在對套管內部的潛在故障進行檢測過程中，絕緣介質損耗角正切值和電容量不存在異常現象，末屏絕緣電阻滿足相應的標準要求。在表2中列出了該套管歷次高壓試驗的相關數據。

2.2 故障檢查

為了對該套管的故障原因進行深入的研究分析，需要對該套管進行解體檢查。

首先將套管末屏接地裝置進行拆除處理，在末屏接地裝置的頂針與電容芯子末屏裸露部分的接觸部位，發現移動現象，并且已經移動到末屏裸露部分的邊緣部位，在頂針與電容芯子末屏接觸處存在放電燒蝕的痕跡。

為了進一步研究分析產生末屏接地裝置的頂針與電容芯子末屏裸露處移位的原因，對該套管通過解體的方式進行檢查，將導管的螺母松開，取出內部的電容芯子，發現該套管電容芯子沿中心導管方向整體下移了23mm。

為了確定套管電容芯子整體下移的原因，需要將電容芯子從中心導管上拆除，在拆除過程中，在電容芯子的最里層，發現電纜紙與中心導管之間沒有涂相應的粘接劑，使得卷制的電容芯子不緊密，并且同心度不符合工藝要求，主要表現為：電容芯子端部切削整形后出現波浪形狀，并且沒有連接電纜紙的兩端，導致其鑲嵌在電容芯子的內部，電容芯子整體的繞緊力在一定程度上大大降低。

3 分析故障原因

3.1 套管結構

運行中的220kV棋盤變電站#3主變，其高壓C相套管使用的是高壓油紙電容型套管，這種套管有內外兩層絕緣：電纜紙和多層鋁箔極板通過卷制，形成圓柱形電容芯子構成內絕緣，隨著從中心導管的“零屏”到外部的“末屏”之間距離的逐漸增大，其長度不斷縮短。通過對軸向和徑向的電場進行控制，同時對端部場強進行均勻處理，在一定程度上確保了每兩層鋁箔之間的電容的一致性；外絕緣通過瓷套處理，為了便于安裝，在瓷套的中部設有金屬連接套筒，頭部設有油枕滿足供油量變化的需要，套筒以下的瓷套伸入變壓器油箱，進而實現了瓷套內絕緣的全封閉性。通過總裝密封對套管進行處理，將套管進行真空處理，并將變壓器油注入其中。在變壓器本體內部也有油，但是與套管內部的油是彼此分開的。通過對套管軸向進行彈性處理，進而對導電桿的伸縮進行了相應的補償。為了滿足運行維護的需要，除主體結構外，在油枕上設置油面指示器，將末屏接地裝置裝在套筒上，同時設有取油樣和注油孔等。

通過采用頂針式接地裝置，對220kV棋盤變電站#3主變高壓C相套管末屏進行處理。圖1展示了頂針式末屏接地裝置原理。控制頂針式末屏接地裝置的難點是，確保接線柱與套管末屏之間接觸的可靠性，因為套管與末屏的間距只有5mm，并且是硬接觸，接線柱與套管末屏的松緊度在一定程度上難以控制，太松容易出現接觸不良，太緊容易造成接線柱發生錯位，進而使得與末屏之間接觸不良。

3.2 分析故障原因

通過對套管進行試驗、解體等處理，我們發現：①通過解體檢查，發現末屏接地引出處與電容屏末屏接觸不良，進而在運行時產生火花放電，在一定程度上導致該套管的乙炔、總烴、氫氣含量超標。②在生產過程中，由于生產廠家未涂粘接劑，沒有嚴密地繞制電容芯子，同心度沒有按照工藝要求進行相應的處理，在一定程度上降低了整體的繞緊力，該套管電容芯子在制造、運輸、安裝、運行過程中，因震動出現整體下移現象，導致末屏絕緣瓷套的頂針滑到電纜紙上，使得套管末屏接地引出處與電容屏末屏之間接觸不良。③在制造、運輸、安裝和運行過程中，套管生產廠家未采取措施防止套管的電容芯子發生位移，在一定程度上間接導致了該套管末屏接地引出處與電容屏末屏接觸不良。

4 防范措施

通過油色譜對套管進行檢測，及時準確地發現了220kV棋盤變電站#3主變高壓C相套管存在的潛在故障，進而避免了套管爆炸事故的發生。

通過采取下列措施，可以有效預防此類故障事故的發生：①在套管制造的過程中，生產廠家要對質量加強管理，對工藝控制卡進行細化，在每個生產環節都要進行嚴格把關，在一定程度上確保質量管理體系正常運行。②對油中溶解氣體的組分和含量通過油色譜檢測進行分析，進而對電氣設備存在的潛伏性故障進行檢查，在一定程度上對其發展趨勢及危害程度進行判斷。③在測溫時充分利用紅外熱成像儀，對電容型套管本體及末屏根部的溫度進行重點檢測，加強監測三相不平衡或超出環境溫度3℃的設備。④對同類型套管的末屏接地裝置接線柱與套管末屏接觸情況進行認真檢查，發現問題要進行及時的處理。

參考文獻：

[1]王靜，劉凱，張予洛.絕緣油色譜分析在一起變壓器故障中的應用[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2011（12）.

[2]高嵩，謝志梅，黎亮明.變壓器常見故障及其在線檢測技術的探討[J].價值工程，2012（34）.

[3]鄧祥力，王傳啟，張哲.基于回路平衡方程和勵磁電感的特高壓變壓器保護[J].中國電機工程學報，2012（01）.