110 kV環氧浸漬干式套管絕緣劣化分析

鄧 威，毛 娟

（廣東電網公司中山供電局，廣東 中山 528400）

110 kV環氧浸漬干式套管絕緣劣化分析

鄧 威，毛 娟

（廣東電網公司中山供電局，廣東 中山 528400）

針對在預防性試驗中變壓器干式套管末屏絕緣電阻、tanδ不合格的現象，基于干式套管的結構原理，通過測量套管的絕緣電阻、tanδ及電容量等試驗方法，找出套管存在絕緣劣化、受潮的位置，并對套管末屏進行了解體研究和分析，提出了加強套管絕緣管理的措施和建議。

變壓器；環氧樹脂；套管；末屏

0 引言

據統計，高壓套管故障約占變壓器故障總數的30 %，套管的運行狀況對保證變壓器安全運行具有重要意義。變壓器套管故障主要有外絕緣開裂、閃絡、引線接頭發熱、末屏懸浮電位放電和滲漏油等，嚴重者可能導致套管爆炸及負荷損失。目前變電站使用的110 kV及以上套管基本為電容式，主絕緣主要有油浸紙（Oil impregnated paper， OIP）絕緣、樹脂浸漬紙（Resin impregnated paper， RIP）絕緣2種。

OIP套管在運行中易出現油色譜超標、密封不良及滲漏油等問題，且易發生瓷件爆炸傷人事故，并有維護費用高等缺點，因此使用受到限制。

RIP干式套管具有無油、無氣、無瓷、耐高溫、重量輕、機械強度好、利于環保、可任意角度安裝等優點。上世紀60年代國外已開始研制RIP套管，國內自2000年開始大規模使用。國內外均對使用中出現的問題進行了研究，但對于干式套管末屏受潮的相關分析卻鮮有報道。

1 RIP套管結構

RIP套管由電容芯子、瓷套（或復合外套）、安裝法蘭、導電桿等組成。電容芯子用皺紋紙和鋁箔交替卷繞在導電管上，形成同心圓柱形電容屏，再經真空干燥浸漬環氧樹脂固化成型。

套管末屏接地裝置為內置式，如圖1所示。末屏通過引線柱引出，再經過彈簧片與安裝法蘭接觸，實現末屏接地。試驗時，使用絕緣膠套將末屏引線柱與接地彈簧片隔離，可滿足套管tanδ、絕緣電阻測試要求。

圖1 末屏接地裝置結構

2 高壓套管預防性試驗數據分析

2013年10月，根據南網公司預防性試驗規程，對某變電站主變套管進行定期試驗，以檢查設備運行中的絕緣狀況。試驗項目主要為絕緣電阻、tanδ及電容量試驗。

在預防性試驗過程中發現，110 kV主變高壓側RIP套管試驗數據異常。該主變投運于2000 年3月，分別于2004年11月、2008年1月進行了2次停電試驗，試驗結果均合格。本次試驗發現110 kV C相套管末屏絕緣電阻為45 MΩ（規定不小于1 000 MΩ），進一步測量末屏對地tanδ為26.02 %（規定不大于2 %），數據嚴重超標。而套管主絕緣電容芯子常規tanδ、高電壓下tanδ試驗數據均合格，初步認為套管末屏絕緣劣化、受潮的可能性非常大。

2.1 絕緣電阻試驗

2.1.1 110 kV繞組連同套管絕緣電阻

測量主變110 kV繞組、套管各支路并聯的絕緣電阻均合格，表明各套管主絕緣電容芯子內部無貫穿性臟污、受潮及老化的整體缺陷。

2.1.2 末屏對地絕緣電阻

測量110 kV各相套管末屏對地的絕緣電阻，測量結果折算至20 ℃，如表1所示。

表1 末屏絕緣電阻

從表1可以看出，A，B，O相套管末屏對地絕緣電阻合格，而C相套管數據與上次測量值相比大幅降低，數據不合格，需進一步測量C相套管末屏對地tanδ值以綜合判斷其絕緣是否受潮。

2.2 tanδ及電容量試驗

2.2.1 套管tanδ及電容量

測量主變110 kV各相套管的tanδ及電容量，結果如表2所示。

表2 套管tanδ及電容量

通過縱向比較發現，110 kV各相套管電容量相對比較穩定，無明顯變化。A，B，C相套管tanδ值與上次測量值相比未發生明顯變化，O相套管的tanδ值與上一次試驗值相比有明顯增長，需高度關注。

2.2.2 末屏對地tanδ及電容量

由于110 kVC相套管末屏絕緣電阻不合格，需測量末屏對地tanδ。試驗電壓為2 kV，測量結果如表3所示。

表3 末屏對地tanδ及電容量

從試驗數據可以看出，C相套管末屏對地tanδ值嚴重超標，電容值與A，B相相比明顯增大，末屏絕緣極可能老化或明顯受潮。O相套管末屏對地tanδ值雖在合格范圍，但與A，B相相比已明顯增大，末屏絕緣有加速劣化的趨勢。

2.3 高電壓tanδ試驗

通過絕緣電阻、tanδ及電容量試驗，發現套管末屏絕緣異常，未發現套管主絕緣異常，而主絕緣運行中承受電壓較高，如有缺陷將影響安全運行，必須進行準確診斷才能確定設備是否可以繼續運行。

2.3.1 U-tanδ關系

因常規方法試驗電壓較低，對設備缺陷檢測能力有限。良好絕緣在允許電壓范圍內，無論電壓上升或下降，其tanδ值應無明顯變化。升高電壓進行tanδ試驗已積累一定經驗數據，設備電壓U與tanδ典型關系曲線如圖2所示，各段的曲線設備對應的絕緣狀態如下：

圖2 U-tanδ典型關系

（1） 曲線1：絕緣良好，為水平直線，施加電壓超過某一極限時向上彎曲；

（2） 曲線2：絕緣處理不好或含有氣泡，tanδ比良好絕緣大，較早向上彎曲，且隨電壓上升、下降曲線不重合；

（3） 曲線3：絕緣老化，低電壓下tanδ可能比良好絕緣小，但在較低電壓就向上彎曲；

（4） 曲線4：絕緣受潮，tanδ隨電壓升高迅速增大，且隨電壓上升、下降的曲線不重合；

（5） 曲線5：絕緣存在離子性缺陷，tanδ隨電壓升高后呈下降趨勢。

2.3.2 高電壓下tanδ試驗

試驗電壓從10 kV上升至60 kV（運行電壓63.5 kV）再下降至10 kV，進行110 kV C，O相套管tanδ試驗，分析試驗數據隨電壓的變化，結果如圖3所示。

圖3 套管U—tanδ的試驗曲線

從試驗數據看出，110 kV C，O相套管的tanδ值均在合格范圍內，隨電壓變化沒有發生明顯變化，且電容量數值穩定，符合GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》相關要求。tanδ曲線未提前向上彎曲，電壓上升、下降段數據基本重合，可判斷套管電容芯子主絕緣未受潮，無明顯劣化現象，暫時不影響安全運行。

3 高壓套管解體研究

在對該主變監視運行一段時間后，對110 kV C，O相套管進行了解體研究。2只套管為同廠家、同型號、同批次產品，內部結構及故障現象類似，現對C相套管研究分析如下。

3.1 檢查分析

檢查套管末屏接地裝置外觀，如圖4所示。尼龍絕緣材料已由白色嚴重變黃，在電場、水分的作用下加速老化，硬度降低，表面出現局部破損，絕緣性能下降。

由于末屏接地裝置與套管本體裝配好后，才澆注環氧樹脂絕緣材料，現場檢修試驗只能打開端蓋，無法檢查套管腔內的清潔、受潮程度。使用專用工具拆除后如圖5所示。

圖4 末屏接地裝置外觀

圖5 末屏接地裝置拆除后

其密封圈老化嚴重，密封圈外部也殘留有雜質，螺紋有明顯間隙且銹蝕破損，內部電容芯子外表面潮濕和臟污，有大量粉末雜質，疑為放電產生。

3.2 試驗分析

將套管末屏接地裝置拆除后進行了末屏絕緣電阻、tanδ及電容量試驗，試驗結果如下。

（1） 末屏對地絕緣電阻為55.3 MΩ。套管內部末屏對地絕緣性能嚴重降低，存在整體受潮或貫通性受潮、臟污缺陷。

（2） 末屏對地tanδ值為42.81 %，電容量為433.4 pF。排除接地裝置的影響，套管內部末屏對地絕緣性能嚴重下降，介質損耗急劇增大。

3.3 研究結論

綜合分析后得出結論，上述干式套管故障原因為末屏絕緣受潮。其受潮路徑為潮氣從裝置密封不良處及螺紋空隙滲入，聚集在套管內部空腔，在環境溫度驟降時在套管內壁形成凝露，導致沿面絕緣電場畸變產生局部放電，使環氧浸漬絕緣材料在電場作用下分解破壞。

該主變套管投運于2000年，已進行2次停電預試卻未發現受潮跡象。分析其原因主要為：

（1） 密封圈質量不良，運行一定年數后逐漸出現密封不良，潮氣滲透等問題；

（2） 套管投運時末屏絕緣電阻一般較高（數十GΩ以上），出現輕度受潮時，電阻數據不會降至規程要求的1 000 MΩ以下，不易引起關注；

（3） 末屏絕緣電阻值不低于1 000 MΩ時，規程不要求測量末屏tanδ值，未能及時發現缺陷；

（4） 由于末屏絕緣致熱效應低，對主變套管進行紅外測溫等不停電試驗難以及時發現末屏輕度受潮缺陷。

4 結束語

套管運行中末屏接地，其本身受潮、絕緣不良不會直接導致事故，但如果受潮時間較長，潮氣可能從絕緣漆、環氧樹脂浸漬薄弱處侵入電容芯子，造成電容層間局部電場畸變產生局放，最終導致套管主絕緣擊穿損壞。

套管末屏運行中受潮一般難以發現，只能通過停電試驗才能有效檢測，特提出以下幾點建議。

（1） 對末屏絕緣不良的RIP套管，應采用多種方法嚴格檢查、試驗主絕緣性能，決定是否繼續運行或縮短試驗周期等。一旦主絕緣受影響，應立即停電檢查更換。

（2） 懷疑套管有絕緣缺陷時，應升高電壓至額定電壓測量套管介質損耗因數，一旦測量結果不合格，應立即停電檢修。

（3） 加裝套管介損在線監測裝置，可在運行電壓下測量介質損耗因數及電容量，若測量結果發生突變或有明顯增長趨勢，應立即停電檢查。

（4） 開展套管紅外測溫，用同類比較法、圖像特征法等綜合判定，當出現溫差較大時，應立即停電檢查。

（5） 測量RIP套管末屏對地絕緣電阻、介質損耗因數對發現判定末屏受潮，預防套管損壞事故非常有效，必須嚴格定期試驗到位。

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2016-01-03；

2016-04-01。

鄧 威（1984-），男，工程師，主要從事變電一次設備試驗研究，email：dwcqu@163.com。

毛 娟（1988-），女，工程師，主要從事電力系統與自動化的研究。