電容型設備末屏下引裝置實用性研究

付兆遠，李永寧，李曉磊，李琮，楊琦欣

（濟南供電公司，山東濟南250012）

·經(jīng)驗交流·

電容型設備末屏下引裝置實用性研究

付兆遠，李永寧，李曉磊，李琮，楊琦欣

（濟南供電公司，山東濟南250012）

狀態(tài)檢修是電網(wǎng)設備檢修發(fā)展的必然趨勢，通過對設備狀態(tài)進行準確評估，可全面掌握設備的健康狀態(tài)。目前，帶電測試已成為設備狀態(tài)評價的重要數(shù)據(jù)支撐。GIS、主變壓器等設備已經(jīng)開展了眾多的帶電測試項目，這些帶電測試數(shù)據(jù)使設備狀態(tài)評價結果更加可靠，對設備檢修具有積極的指導意義。但對于穿墻套管、CVT、主變套管等電容型設備仍缺乏有效的帶電測試手段，目前沒有針對此類電容型設備的帶電測試項目，致使此類電容型設備的狀態(tài)評估依賴于停電計劃，不能實時掌握設備健康情況。這個問題已成為制約整個電網(wǎng)狀態(tài)檢修開展的瓶頸。對此類設備末屏下引的可行性進行分析，提出并設計末屏下引裝置，實現(xiàn)此類電容型設備的帶電測試，測試結果表明該裝置具有很強的可靠性和實用性。

狀態(tài)檢修；電容型設備；末屏下引；帶電測試

0 引言

狀態(tài)檢修是在準確掌握設備的健康狀態(tài)下，根據(jù)設備狀態(tài)調整設備檢修周期，使得設備檢修目的性、針對性更強。狀態(tài)檢修的實施不僅避免了不必要的檢修資源浪費，而且大大提高設備可靠性，使得整個電網(wǎng)運行更安全、更可靠［1］。

開展電力設備的狀態(tài)檢修必須要對電力設備實施準確的狀態(tài)評估。目前，電力設備狀態(tài)評估的主要數(shù)據(jù)來源有3類：巡檢數(shù)據(jù)、例行試驗和交接試驗數(shù)據(jù)、帶電測試數(shù)據(jù)。其中巡檢數(shù)據(jù)種類單一，主要來源于設備外觀、運行聲音的變化，數(shù)據(jù)主觀性比較強，對設備微小故障和潛伏性故障無能為力。例行試驗和交接試驗數(shù)據(jù)種類齊全，可有效反應設備狀態(tài)，但存在試驗周期長、總體數(shù)據(jù)量小的缺點。帶電測試數(shù)據(jù)種類豐富、數(shù)據(jù)量大，特別是由于近年來超高頻、超聲波等探測技術和專家系統(tǒng)、模糊診斷技術等數(shù)據(jù)處理技術的不斷成熟，帶電測試數(shù)據(jù)有效性越來越高、帶電測試項目也日益豐富，這些數(shù)據(jù)極大地豐富了狀態(tài)評價數(shù)據(jù)的來源，使設備狀態(tài)評價可靠性有了大幅提高。

目前主要開展的帶電檢測項目有避雷器運行中持續(xù)電流檢測、紅外熱像檢測、主變高頻在線局放檢測、GIS超高頻局放測試、開關柜暫態(tài)地電壓局放測試、SF6微水分解物測試等［2］。

帶電測試是實施設備狀態(tài)評價的重要支持手段，但目前的帶電測試工作存在一定區(qū)域的空白，對主變高壓套管、穿墻套管、電容式電壓互感器等電容型設備缺乏有效的帶電測試手段，這類設備數(shù)量約占變電站電氣設備的40%～50%，其狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取仍依賴于停電計劃。單純使用例行、交接試驗數(shù)據(jù)對其進行狀態(tài)評估，對狀態(tài)檢修工作的開展帶來一定的困難，在兩次檢修期間無法準確判斷設備狀態(tài)，更無法發(fā)揮狀態(tài)檢修針對性強、效率高的優(yōu)勢。此類電容型設備帶電檢測的空白已成為制約整個電網(wǎng)變電設備狀態(tài)檢修工作的瓶頸。

1 末屏下引可行性分析

統(tǒng)計結果表明，對于電容型設備，絕緣受潮缺陷約占電容型設備缺陷的85%左右。介質損耗測試是判斷設備是否受潮的一個重要試驗項目，根據(jù)介質損耗測量值的變化可以較靈敏地反映出套管絕緣劣化、受潮、電容層短路、漏油和其他局部缺陷［3］。此類電容型設備末屏的主要作用也是供介質損耗測試和電容量測試使用。如能在設備正常運行電壓下測得設備介質損耗，就可大大豐富狀態(tài)評價數(shù)據(jù)，擺脫停電計劃的限制，進而可對設備狀態(tài)進行跟蹤評估，對設備的健康情況做出準確的評估。對提升整個電網(wǎng)帶電測試水平具有重要意義［4］。

設備正常運行電壓下介質損耗測試存在兩方面問題：一方面，此類設備一般布置于較高位置，作業(yè)的安全距離不夠，對試驗人員的人身安全構成威脅。第二方面，電容型設備正常運行時，設備末屏嚴禁開路，必須保持接地，不能從電容型設備末屏上直接抽取測量信號［5］。通過導線將末屏引至安全位置并可靠接地可完成設備運行電壓下介質損耗測試。

對電容型設備進行末屏下引必須考慮電磁干擾問題。變電站電磁環(huán)境非常復雜，電暈、工頻磁場等都會對介質損耗測試產(chǎn)生干擾，特別是對套管、CVT此類小電容量電容型設備的影響更加明顯［6］。

介損測試過程中的電磁干擾可分為工頻干擾和非工頻干擾。可使用金屬屏蔽減小此類干擾對介損試驗的影響，電磁波在金屬表面的反射損耗和吸收損耗可降低干擾水平，密封的金屬外殼可以起到良好的屏蔽作用，因此末屏下引時可在下引線外部設置一根完整的金屬波紋管，最大程度抑制電磁干擾［7］。另外現(xiàn)有的介損測試儀本身也具有變頻等眾多減少干擾的措施。

2 末屏下引裝置設計

正常運行時，電容型設備末屏必須保持接地。如果末屏接地不良，末屏對地形成一個小電容，其容量遠小于套管本身電容，按照電容串聯(lián)原理，末屏與地之間形成很高的懸浮電壓，造成末屏對地放電，惡化設備運行環(huán)境，嚴重時損壞設備，甚至危及人身安全。目前已有類似的事例教訓，惠州天然氣發(fā)電廠2號主變B相套管由于在線裝置與套管末屏接觸不良引起局部放電，導致B相套管絕緣油乙炔含量嚴重超標。三門峽華陽發(fā)電有限責任公司1號機組220 kV升壓站進線穿墻套管因末屏接地不良導致下部滲油，因此末屏下引裝置必須保證末屏與連接線可靠連接［8-9］。

末屏下引裝置可分為，末屏導電芯和引出固定裝置、末屏引出接頭、末屏下引連接管道。

2.1 末屏導電芯線和引出固定裝置設計

末屏導電芯連接和引出固定裝置示意圖如圖1所示，導電芯連接固定裝置全部為黃銅材質，由壓緊彈簧、銅質護套、引出線線槽、緊固螺栓組成。導電芯末端連接絕緣限位襯套，可靈活調整襯套位置，使彈簧壓縮1／2左右。末屏前段嵌入壓緊彈簧，確保末屏導桿和整個裝置接觸良好。這種結構保證了末屏與引下線的可靠連接，杜絕了虛接的可能，并使其具備一定的抗外力破壞能力。實現(xiàn)整個連接裝置的固定牢固、連接緊密、密封嚴實、絕緣良好。

圖1 末屏導電芯連接和固定裝置示意圖

2.2 末屏引出接頭設計

末屏下引裝置設計如圖2所示，末屏引出接頭包括末屏引出前端蓋、末屏引出后端蓋兩部分組成。對內部的末屏導電芯連接和固定裝置、限位和調整絕緣襯套起到屏蔽和保護作用。其中1、2、4材質為黃銅，3為絕緣材料。將原接地封蓋拆除，將前端蓋加環(huán)形密封后旋入底座。銅質單芯導線從導電芯尾端傳入后徑向穿出，反轉螺母鎖緊導線，導電芯前端裝入彈簧套在末屏上。絕緣限位襯套起到支撐、絕緣作用，根據(jù)實際位置進行調節(jié)，保證在溫度變化、彈簧彈性變化時下引導線與末屏仍能保持良好的接觸。

圖2 末屏下引裝置設計示意圖

末屏引出接頭外接于套管末屏，在主變檢修時應充分考慮檢修人員誤碰、誤踏行為。使用Solidworks建立了末屏引出接頭的有限元模型，運用有限元法對其進行靜力結構強度計算。考慮極限情況，將60 kg壓力施加于引出接頭末端。在60 kg外載荷作用下，零件最大變形為63.2 μm，位于其末端螺紋處，變形情況見圖3；最大應力為68.4 MPa，位于前后端蓋連接螺紋處，應力情況見圖4；零件材料黃銅（H68）的強度極限為375MPa，遠大于所受最大應力64.8MPa，因此，設計的末屏引出接頭具有足夠的強度及剛度。

圖3 60kg荷載下的變形云圖

圖4 60kg荷載下的應力云圖

2.3 末屏下引連接管道設計

末屏下引連接管道主要起到保護與屏蔽作用，裝置包括波紋管連接結構、金屬波紋管、管道鎖緊機構3部分構成。3部分依次連接保證各部分連接緊密，密封良好。同時避免末屏引出線受到外力損傷。波紋管軟連接由緊固螺栓和密封圈構成，既能保證連接的可靠，又能避免引線受到強硬外力損傷，避免引線受潮生銹。波紋管道整個也由不銹鋼金屬制成，可以有效屏蔽外界電磁干擾，避免引線受外界環(huán)境影響，保證測試數(shù)據(jù)準確性。管道緊縮機構實現(xiàn)將引線引出直接接地功能，防止雨水、灰塵等雜物侵入波紋管內部，實現(xiàn)引線的可靠接地，保障設備安全運行。

3 末屏下引裝置布置

電容型設備末屏均具有相似結構，其中以主變高中壓套管的設計、布置最為復雜，本文以主變套管末屏下引為例闡述末屏下引裝置的布置情況。

圖5 末屏下引裝置單相走向圖

為不破壞變壓器本體結構，下引線固定均利用變壓器原有螺栓，不影響變壓器本體火災報警等其他輔助裝置的運行。末屏下引裝置單相走向如圖5所示，裝置布置的俯視圖、正視圖如圖6所示。管道自末屏引出接頭處引出，在升高座法蘭處使用下引線支架固定在法蘭上，下端用穿線管支架固定在油管法蘭上。管道由末屏處向下引至變壓器本體與散熱器之間的空隙處，然后水平引至變壓器爬梯處，使用下引線支架完成直角轉彎使方向垂直向下，最后連接至爬梯后側的末屏接地板處。

圖6 末屏下引裝置布置圖

4 現(xiàn)場實施實例

結合春檢、秋檢主變停電計劃，根據(jù)設計圖紙對清河、水屯、許寺等6臺主變進行了末屏下引裝置改造，實施工程見圖7、圖8。

圖7 導電芯制作圖

圖8 末屏下引裝置現(xiàn)場安裝

主變末屏下引裝置改造完成后，在正常運行電壓下對主變套管的相對介損進行了測試。以高壓套管A相和中壓套管Am相為參考相分別進行高壓套管B、C相及低壓套管B、C相進行測試，許寺2號主變測試結果如表1所示。

表1 許寺2號主變套管帶電測試數(shù)據(jù)

測試結果表明：設備運行電壓下，套管的相對介損測試結果與停電時的測試結果基本一致。末屏下引裝置具有很強的實用性，可滿足電容型設備運行電壓下相對介損、電容量的測量。

5 結語

狀態(tài)檢修的深入開展必定會對帶電測試提出越來越高的要求，實現(xiàn)所有設備的帶電測試是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。通過設計實施了電容型設備末屏下引裝置，實現(xiàn)了電容型設備運行電壓下相對介損、電容量的測試，為設備狀態(tài)評價提供了豐富、精確的數(shù)據(jù)支持，解決了目前帶電測試工作中的瓶頸，對于整個電網(wǎng)狀態(tài)檢修水平的提高具有一定意義。

［1］郭碧紅，楊曉洪.我國電力設備在線監(jiān)測技術的開發(fā)應用狀況分析［J］.電網(wǎng)技術，1999，23（8）：65-68.

［2］鄒建明.在線監(jiān)測技術在電網(wǎng)中的應用［J］.高電壓技術，2007，33（8）：203-206.

［3］包玉樹，王建凱.變壓器套管末屏的應用實例與分析［J］.高壓電器，2006，42（4）：315-316.

［4］韓金華，張健壯，王偉，等.電力變壓器高壓套管末屏接地方式問題探討［J］.變壓器，2009，46（6）：64-67.

［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）：63-68.

［6］沈煜，羅維.變壓器套管末屏對現(xiàn)場局部放電測量影響的實例與分析［J］.高壓電器，2009，45（3）：157-159.

［7］莫登斌，孫小梅，雍軍.電容式CT/套管末屏接地故障的原因分析及對策探討［J］.變壓器，2010，47（8）：63-65.

［8］李克.220 kV穿墻套管末屏燒損的原因分析及故障處理［J］.電力設備，2005，6（7）：63-65.

［9］唐嘉宏.220 kV變壓器高壓套管末屏故障原因分析與處理［J］.華電技術，2011，33（7）：45-47.

Research of the Practicality of the Downward Device for Capacitive Equipment End Shield

Condition-based maintenance is the inevitable trend of power system equipments maintenance.Equipment condition can be comprehensively mastered by accurately evaluation.Now，energized test has become one of the most important ways of data supporting.Many kinds of energized test have been launched for GIS and main transformer.Energized data makes evaluation results more reliable and plays a positive role in equipment maintenance.But effective energized test for capacitive equipments such as wall bushing，CVT and main transformer bushing is still lacked.Condition assessment of such capacitive equipments depends on power cut plan.Real condition of these equipments cannot be detected.This problem has become the bottleneck of condition based maintenance of the whole power system.Feasibility of downward device for end shield is analyzed in this paper.Downward device for end shield is proposed and designed.Energized test of capacitive equipments is achieved. This device is very practical and reliable in energized test.

condition based maintenance；capacitive equipment；downward of end shield；live testing

TM72

：A

：1007－9904（2014）03－0025－04

2013-12-13

付兆遠（1987—），男，碩士，主要從事高壓試驗的技術工作。