一起主變壓器套管將軍帽發熱故障的分析與處理

李　林

(國網德陽供電公司，四川 德陽　618000)

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一起主變壓器套管將軍帽發熱故障的分析與處理

李林

(國網德陽供電公司，四川 德陽618000)

紅外測溫發現一起110 kV主變壓器高壓側套管將軍帽發熱故障，介紹了故障的檢查處理過程，并對發熱故障的原因進行了分析，分析表明引線頭固定座的銷孔破裂是導致本次故障的直接原因。最后針對此類故障，對套管的生產、裝配、日常維護以及過程監督等提出了整改措施。

變壓器套管；將軍帽；發熱；整改措施

0　引　言

變壓器高壓套管對高壓繞組引出線起絕緣和支持作用，其套管頂部的將軍帽是變壓器套管與外部引線連接的重要部件[1]。近些年，在電力系統中發生了多起變壓器運行事故，其中變壓器套管的事故率占了很大的比例[2]。下面介紹一起主變壓器高壓側套管將軍帽發熱故障的現象及檢查處理過程，詳細分析發熱故障的原因，并針對此類故障提出了整改措施。

1　故障現象

2015年3月27日，某110 kV變電站運行人員對1號主變壓器進行紅外測溫，發現主變壓器110 kV側A相套管將軍帽處溫度為66.6 ℃，B相套管將軍帽處溫度為58.6 ℃，當時現場環境溫度為8 ℃，正常相C相套管將軍帽處僅11.7 ℃，如圖1所示。根據所測數據，計算出A相套管發熱處相對溫差為93.7%，B相套管發熱處相對溫差為92.7%，根據DL/T 664-2008《帶電設備紅外診斷應用規范》，電流制熱型設備與金屬部件的連接相對溫差大于80%小于95%為嚴重缺陷[3]。

圖1　主變壓器套管紅外測溫圖

2　檢查處理過程

2.1故障檢查

2015年4月1日安排停電進行檢查處理。對該主變壓器進行了直流電阻測試，試驗數據如表1所示，根據Q/GDW 1168-2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》，1.6 MVA以上的變壓器相電阻不平衡率不應大于2%[4]，判定直流電阻不平衡率嚴重超標，并且A相、B相每一擋的直流電阻值都比C相大20 mΩ左右。結合紅外測溫結果，判定套管將軍帽與導電桿接觸不良，于是對三相套管將軍帽逐一進行檢查處理。

取下將軍帽與套管的4個密封螺栓，發現A、B兩相套管的將軍帽松動，引線頭固定座的銷孔破裂，

表1　主變壓器直流電阻測試數據

圓柱銷已經脫離銷孔，向上可以提起將軍帽和套管導電桿，如圖2所示； 而C相則正常。對A相、B相套管進一步檢查時，發現將軍帽的螺牙和內壁處均有放電痕跡，并且能清楚地看到將軍帽的螺牙有過熱燒損現象，如圖3所示。

圖2　A相、B相套管引線接頭結構圖

2.2故障處理

針對此起故障，首先找到了同廠家同型號套管的引線頭固定座，對A、B兩相進行了更換。然后對將軍帽螺牙、內壁和套管導電桿絲口進行清潔、擦拭。通過處理，增加了將軍帽與導電桿的螺紋旋入深度，增大了接觸面積。最后在裝回將軍帽時，在其螺紋上均勻涂抹了導電膏，填補粗絲螺紋以及燒損螺牙之間的空隙。處理完后，對主變壓器進行直流電阻測試，直流電阻值合格，試驗數據如表2所示。

圖3　將軍帽的過熱放電現象

擋位ROA/mΩROB/mΩROC/mΩ不平衡率/%1722.7724.0729.00.872712.9714.0714.10.103702.9703.5702.80.104692.0692.1691.90.035681.7683.1682.50.216671.8673.3672.70.227661.8662.9662.60.178651.7653.0653.00.209639.7640.3640.80.1710654.3654.3654.90.10

3　故障原因分析

該主變壓器套管為電容式套管，套管引線接頭結構如圖4所示。引線頭固定座和圓柱銷在套管載流回路中起著極其重要的作用，它們使導電桿固定后與將軍帽擰緊。因此引線頭固定座的好壞在很大程度上決定了導電桿與將軍帽的接觸情況。

從圖2可以看出引線頭固定座的銷孔破裂、圓柱銷向上彎曲，這是因為在套管裝配時將軍帽擰得過緊，導致導電桿被迫向上運動。受力分析如圖5所示，圓柱銷受到導電桿對它的力F1，該力的長期作用使圓柱銷向上彎曲；同時，圓柱銷為保持平衡，銷孔對圓柱銷施加F2、F3兩個力，根據作用力與反作用力的關系，銷孔同樣受到圓柱銷對它向上的力，力的長期作用導致銷孔破裂。而且，該套管的引線頭固定座存在設計缺陷，經測量銷孔離邊沿大約為2 mm，距離太近，易被圓柱銷拉裂。

圖4　套管引線接頭結構圖

圖5　圓柱銷的受力分析

從圖3可以看出將軍帽的內壁處有放電痕跡，這是由于引線頭固定座的銷孔破裂，致使插在導電桿中的圓柱銷失去了固定作用。隨著變壓器運行時的振動，圓柱銷滑向將軍帽一邊，如圖6(a)所示，圓柱銷與將軍帽內壁間歇接觸，造成放電。其相應的等效電路如圖6(b)所示，圖中R為圓柱銷、部分導電桿和將軍帽三者串聯的等效電阻，F為圓柱銷與將軍帽內壁之間的“棒-板”間隙。由于a點電位大于b點電位，通常電流I是經過R從a到b，當圓柱銷與將軍帽內壁接觸時，電流I經過F從a到b，由于F是間歇性接觸，其接觸電阻較大，將產生發熱。另一方面，當圓柱銷接近將軍帽內壁時，兩者之間的電場發生畸變，電子在電場作用下迅速運動，引起氣體的不斷碰撞電離，產生電子崩，形成流注[5]，最終導致電暈放電，致使將軍帽的內壁處有放電痕跡。在套管裝配時，將軍帽與導電桿不斷擰緊的過程中，導電桿下面的繞組引線產生了扭矩，此扭矩和螺紋之間的靜摩擦力矩形成了暫態平衡。由于引線頭固定座的銷孔破裂，圓柱銷無法使導電桿固定，因此變壓器運行時的振動使將軍帽和導電桿之間的靜摩擦力減小，造成導電桿扭矩逐漸釋放，產生自轉，致使導電桿與將軍帽之間的退絲、松動，于是接觸電阻增大，產生高溫發熱，導致將軍帽螺牙燒損。螺牙燒損又造成將軍帽與導電桿之間螺紋連接的公差配合不當，使得接觸電阻進一步增大，同時過熱也會促使接觸電阻增大，加劇過熱現象，形成惡性循環。

圖6　圓柱銷與將軍帽之間的位置圖

4　整改措施

此起故障若不處理，一方面套管將軍帽持續發熱溫度過高，可能造成套管炸裂；另一方面若引線頭固定座銷孔的破裂部分順著套管芯道掉進變壓器器身內，可能會造成變壓器繞組匝間短路，或鐵心多點接地。因此，提出以下整改措施預防同類故障發生：

圖7　引線頭固定座示意圖

1)加強對主變壓器套管將軍帽處的紅外測溫監測，尤其是同廠家同型號的套管。對發熱嚴重的套管，盡快停電處理，處理前后進行直流電阻測試；對發熱嚴重但不能及時停電處理的套管，應加強跟蹤監測。在停電檢修中，發現直流電阻有異常時，應拆下套管將軍帽進行檢查處理。

2)在套管裝配時，將軍帽不能擰的過緊，讓引線頭固定座銷孔承受圓柱銷的力減小。

圖8　引線頭固定座高度變化示意圖

3)對引線頭固定座的質量進行改進，將引線頭固定座由鋁材質改為銅材質，增加硬度，避免被拉裂。

4)對引線頭固定座的設計進行改進。其一，增大銷孔到邊沿的距離d1。從圖中可以看出增大銷孔到邊沿的距離后，銷孔上面部分就能承受圓柱銷更大的力，不易破裂。其二，增大引線頭固定座的高度d2，可以避免將軍帽過度擰緊，如圖7、圖8所示。從圖8(a)可以看出引線頭固定座與將軍帽之間還

有空隙，在裝配過程中可以不斷擰緊將軍帽，使圓柱銷拉的很緊，受力很大，久之銷孔就易破裂。圖8(b)中引線頭固定座緊緊抵著將軍帽，就無法使將軍帽過度擰緊，避免圓柱銷拉的過緊。

5)加強對套管安裝過程的技術監督，嚴把每個環節的質量關，從根本上避免此類問題的發生。

5　結　論

套管是變壓器的重要部件，一旦出現問題，需要停運變壓器進行檢修，這無疑增大了電網的運行風險。因此采取有效的措施對套管進行風險管控，才能及時發現、迅速判斷、快速處理問題，保證電網的安全穩定運行。

[1]李建. 運行中變壓器套管將軍帽發熱缺陷分析[C]. 中國電機工程學會高壓專委會2007年學術年會論文集，2007.

[2]曹飛翔，李友忠. 一起220 kV變壓器套管接頭發熱問題的分析及處理[J]. 變壓器，2012，49 (2)：75-76.

[3]DL/T 664-2008，帶電設備紅外診斷應用規范[S].

[4]Q/GDW 1168-2013，輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].

[5]文遠芳. 高電壓技術[M]. 武漢：華中科技大學出版社，2001.

A heating defect on HV bushing coupler of 110 kV main transformer is discovered by infrared temperature measurement. The treatment process is introduced, and the reasons of heating defect are analyzed. The analysis shows that the fracture of pinhole of lead top fixing base is the direct cause of this defect. Aiming at such defects, the rectification measures are presented for the production, assembly, daily maintenance, process supervision and so on.

transformer bushing; coupler; heating; rectification measures

TM406

B

1003-6954(2016)04-0050-04

2016-03-20)

李林(1984)，碩士、技師、工程師，現主要從事變電檢修相關工作。