110 kV環(huán)氧浸漬干式套管絕緣劣化分析

鄧 威，毛 娟

（廣東電網(wǎng)公司中山供電局，廣東 中山 528400）

110 kV環(huán)氧浸漬干式套管絕緣劣化分析

鄧 威，毛 娟

（廣東電網(wǎng)公司中山供電局，廣東 中山 528400）

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

變壓器；環(huán)氧樹脂；套管；末屏

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，高壓套管故障約占變壓器故障總數(shù)的30 %，套管的運(yùn)行狀況對保證變壓器安全運(yùn)行具有重要意義。變壓器套管故障主要有外絕緣開裂、閃絡(luò)、引線接頭發(fā)熱、末屏懸浮電位放電和滲漏油等，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致套管爆炸及負(fù)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(yùn)行中易出現(xiàn)油色譜超標(biāo)、密封不良及滲漏油等問題，且易發(fā)生瓷件爆炸傷人事故，并有維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)，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(jī)械強(qiáng)度好、利于環(huán)保、可任意角度安裝等優(yōu)點(diǎn)。上世紀(jì)60年代國外已開始研制RIP套管，國內(nèi)自2000年開始大規(guī)模使用。國內(nèi)外均對使用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了研究，但對于干式套管末屏受潮的相關(guān)分析卻鮮有報(bào)道。

1 RIP套管結(jié)構(gòu)

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

套管末屏接地裝置為內(nèi)置式，如圖1所示。末屏通過引線柱引出，再經(jīng)過彈簧片與安裝法蘭接觸，實(shí)現(xiàn)末屏接地。試驗(yàn)時(shí)，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(jié)構(gòu)

2 高壓套管預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2013年10月，根據(jù)南網(wǎng)公司預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，對某變電站主變套管進(jìn)行定期試驗(yàn)，以檢查設(shè)備運(yùn)行中的絕緣狀況。試驗(yàn)項(xiàng)目主要為絕緣電阻、tanδ及電容量試驗(yàn)。

在預(yù)防性試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，110 kV主變高壓側(cè)RIP套管試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常。該主變投運(yùn)于2000 年3月，分別于2004年11月、2008年1月進(jìn)行了2次停電試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均合格。本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)110 kV C相套管末屏絕緣電阻為45 MΩ（規(guī)定不小于1 000 MΩ），進(jìn)一步測量末屏對地tanδ為26.02 %（規(guī)定不大于2 %），數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)。而套管主絕緣電容芯子常規(guī)tanδ、高電壓下tanδ試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，初步認(rèn)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(yàn)

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(lián)的絕緣電阻均合格，表明各套管主絕緣電容芯子內(nèi)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(jié)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(shù)據(jù)與上次測量值相比大幅降低，數(shù)據(jù)不合格，需進(jìn)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(yàn)

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(jié)果如表2所示。

表2 套管tanδ及電容量

通過縱向比較發(fā)現(xiàn)，110 kV各相套管電容量相對比較穩(wěn)定，無明顯變化。A，B，C相套管tanδ值與上次測量值相比未發(fā)生明顯變化，O相套管的tanδ值與上一次試驗(yàn)值相比有明顯增長，需高度關(guān)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(yàn)電壓為2 kV，測量結(jié)果如表3所示。

表3 末屏對地tanδ及電容量

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，C相套管末屏對地tanδ值嚴(yán)重超標(biāo)，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(yàn)

通過絕緣電阻、tanδ及電容量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)套管末屏絕緣異常，未發(fā)現(xiàn)套管主絕緣異常，而主絕緣運(yùn)行中承受電壓較高，如有缺陷將影響安全運(yùn)行，必須進(jìn)行準(zhǔn)確診斷才能確定設(shè)備是否可以繼續(xù)運(yùn)行。

2.3.1 U-tanδ關(guān)系

因常規(guī)方法試驗(yàn)電壓較低，對設(shè)備缺陷檢測能力有限。良好絕緣在允許電壓范圍內(nèi)，無論電壓上升或下降，其tanδ值應(yīng)無明顯變化。升高電壓進(jìn)行tanδ試驗(yàn)已積累一定經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)備電壓U與tanδ典型關(guān)系曲線如圖2所示，各段的曲線設(shè)備對應(yīng)的絕緣狀態(tài)如下：

圖2 U-tanδ典型關(guān)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(shí)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(yàn)

試驗(yàn)電壓從10 kV上升至60 kV（運(yùn)行電壓63.5 kV）再下降至10 kV，進(jìn)行110 kV C，O相套管tanδ試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)隨電壓的變化，結(jié)果如圖3所示。

圖3 套管U—tanδ的試驗(yàn)曲線

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，110 kV C，O相套管的tanδ值均在合格范圍內(nèi)，隨電壓變化沒有發(fā)生明顯變化，且電容量數(shù)值穩(wěn)定，符合GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求。tanδ曲線未提前向上彎曲，電壓上升、下降段數(shù)據(jù)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(xiàn)象，暫時(shí)不影響安全運(yùn)行。

3 高壓套管解體研究

在對該主變監(jiān)視運(yùn)行一段時(shí)間后，對110 kV C，O相套管進(jìn)行了解體研究。2只套管為同廠家、同型號、同批次產(chǎn)品，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及故障現(xiàn)象類似，現(xiàn)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(yán)重變黃，在電場、水分的作用下加速老化，硬度降低，表面出現(xiàn)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(huán)氧樹脂絕緣材料，現(xiàn)場檢修試驗(yàn)只能打開端蓋，無法檢查套管腔內(nèi)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(yán)重，密封圈外部也殘留有雜質(zhì)，螺紋有明顯間隙且銹蝕破損，內(nèi)部電容芯子外表面潮濕和臟污，有大量粉末雜質(zhì)，疑為放電產(chǎn)生。

3.2 試驗(yàn)分析

將套管末屏接地裝置拆除后進(jìn)行了末屏絕緣電阻、tanδ及電容量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下。

（1） 末屏對地絕緣電阻為55.3 MΩ。套管內(nèi)部末屏對地絕緣性能嚴(yán)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(nèi)部末屏對地絕緣性能嚴(yán)重下降，介質(zhì)損耗急劇增大。

3.3 研究結(jié)論

綜合分析后得出結(jié)論，上述干式套管故障原因?yàn)槟┢两^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(nèi)部空腔，在環(huán)境溫度驟降時(shí)在套管內(nèi)壁形成凝露，導(dǎo)致沿面絕緣電場畸變產(chǎn)生局部放電，使環(huán)氧浸漬絕緣材料在電場作用下分解破壞。

該主變套管投運(yùn)于2000年，已進(jìn)行2次停電預(yù)試卻未發(fā)現(xiàn)受潮跡象。分析其原因主要為：

（1） 密封圈質(zhì)量不良，運(yùn)行一定年數(shù)后逐漸出現(xiàn)密封不良，潮氣滲透等問題；

（2） 套管投運(yùn)時(shí)末屏絕緣電阻一般較高（數(shù)十GΩ以上），出現(xiàn)輕度受潮時(shí)，電阻數(shù)據(jù)不會(huì)降至規(guī)程要求的1 000 MΩ以下，不易引起關(guān)注；

（3） 末屏絕緣電阻值不低于1 000 MΩ時(shí)，規(guī)程不要求測量末屏tanδ值，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷；

（4） 由于末屏絕緣致熱效應(yīng)低，對主變套管進(jìn)行紅外測溫等不停電試驗(yàn)難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)末屏輕度受潮缺陷。

4 結(jié)束語

套管運(yùn)行中末屏接地，其本身受潮、絕緣不良不會(huì)直接導(dǎo)致事故，但如果受潮時(shí)間較長，潮氣可能從絕緣漆、環(huán)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(chǎn)生局放，最終導(dǎo)致套管主絕緣擊穿損壞。

套管末屏運(yùn)行中受潮一般難以發(fā)現(xiàn)，只能通過停電試驗(yàn)才能有效檢測，特提出以下幾點(diǎn)建議。

（1） 對末屏絕緣不良的RIP套管，應(yīng)采用多種方法嚴(yán)格檢查、試驗(yàn)主絕緣性能，決定是否繼續(xù)運(yùn)行或縮短試驗(yàn)周期等。一旦主絕緣受影響，應(yīng)立即停電檢查更換。

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

（3） 加裝套管介損在線監(jiān)測裝置，可在運(yùn)行電壓下測量介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量，若測量結(jié)果發(fā)生突變或有明顯增長趨勢，應(yīng)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(dāng)出現(xiàn)溫差較大時(shí)，應(yīng)立即停電檢查。

（5） 測量RIP套管末屏對地絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)對發(fā)現(xiàn)判定末屏受潮，預(yù)防套管損壞事故非常有效，必須嚴(yán)格定期試驗(yàn)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(shè)備試驗(yàn)研究，email：dwcqu@163.com。

毛 娟（1988-），女，工程師，主要從事電力系統(tǒng)與自動(dòng)化的研究。