500 kV主變高壓套管末屏放電事故分析與處理

張慧慧

(內蒙古電力(集團)有限責任公司 包頭供電局，內蒙古 包頭 014030)

0 引 言

在內蒙古西部地區，交流特高壓輸電系統的核心電壓等級為500 kV，截至目前，內蒙古西部電網在運500 kV變電站有30座(不含發電廠升壓站)。500 kV主變是內蒙古西部地區500 kV系統與220 kV系統電磁聯絡的橋梁，因此內蒙古西部電網內500 kV主變的安全可靠運行直接影響了該地區500 kV系統與220 kV系統之間的潮流情況，兩者之間的潮流控制不當將直接威脅到電網的安全穩定。

截至目前，內蒙古西部電網在運500 kV主變225臺，2019年上半年因主變附件或本體故障導致500 kV主變被迫停運6臺次，被迫停運率2.67%。其中因分接開關內滲導致被迫停運3臺次，因500 kV側套管末屏對套管法蘭懸浮放電導致被迫停運3臺次。文章介紹了內蒙古西部電網某500 kV變電站3號主變C相高壓套管末屏對套管法蘭懸浮電位放電導致的主變被迫停運事故，從事故簡介、停電檢查情況、故障原因分析、故障處理情況4方面對事故進行了全面介紹，為網內處理類似故障提供一定的參考經驗。

1 事故簡介

2019年6月28日9時23分，內蒙古西部電網某500 kV變電站3號主變C相發生高壓套管末屏對套管法蘭放電事故，導致3號主變被迫停運。

事故發生前，天降小雨，環境溫度21 ℃，站內沒有任何操作，站內運行設備均未發現異常。站內設備運行方式為：500 kV 1號母線和2號母線并列運行，500 kV 1、2、3、4號主變500 kV側并聯運行，其中2、3號主變500 kV側分別接到第一串和第三串，1、4號主變分別與500 kV 1號母線和2號母線連接；220 kV系統為雙母線雙分段，正常運行方式為1、2號主變220 kV側接至220 kV 1號母線和2號母線，3、4號主變220 kV側接至220 kV 3號母線和4號母線，220 kV 1號母線和2號母線并列運行，220 kV 3號母線和4號母線并列運行；35 kV系統為每臺主變35 kV側獨立運行，1號主變35 kV側帶1號站用變和3911電容器裝置，2號主變35 kV側帶2號站用變和3921、3922電容器裝置，3號主變35 kV側帶3931電容器裝置和331并聯電抗器組，4號主變35 kV側帶3941電容器裝置。

3號主變型號為ODFPSZ-250000/500，生產廠家為南通曉星變壓器有限公司，生產日期為2009年11月1日，投運日期為2010年6月17日。500 kV側套管型號為BRLW-550/2500-4，生產廠家為傳奇電氣(沈陽)有限公司，生產日期為2008年1月5日，投運日期為2010年6月17日。

2019年6月28日9時，運行人員交接班后開始對站內設備開展特殊天氣巡視，巡視到主變區附近時聽到主變有異響，經過仔細辨認，確定異響來自3號主變C相，通過高空拍攝儀檢查發現500 kV套管末屏對套管法蘭放電。

現場人員發現3號主變C相500 kV側套管末屏接地帽已脫落，而A、B兩相500 kV側套管末屏接地帽正常。經初步分析，C相500 kV側套管末屏失去接地，導致末屏對套管法蘭發生懸浮電位放電，類似缺陷無法帶電處理，需要緊急停電處理。

2 停電檢查情況

10時45分，3號主變由運行轉檢修，現場安全措施均已具備。檢修人員檢查發現3號主變C相500 kV側套管末屏接地帽已脫落，掉在主變上，套管末屏接地螺桿已有明顯的電弧燒蝕痕跡，末屏接地螺桿情況如圖1所示。

圖1 末屏接地螺桿情況

掉落在主變本體上的末屏接地帽如圖2所示，末屏接地帽內部有放電燒蝕物質，原本銀色的末屏接地帽內部有三分之二的面積被燒為黑色。

圖2 末屏接地帽情況

套管末屏對地持續放電時間約20 min，懸浮電位可能會威脅到套管的性能。為了進一步確定此次事故對套管的損壞程度，現場開展了套管本體絕緣電阻、套管末屏絕緣電阻、套管本體電容量、套管本體介質損耗因數、套管油色譜共計5類試驗。試驗環境溫度21℃，濕度67%，滿足規程要求[1-2]。現場測得套管本體絕緣電阻為47.6 GΩ，套管末屏絕緣電阻為5.8 GΩ，均滿足規程要求。套管本體電容量和介質損耗因數測試情況如表1所示，套管本體油色譜分析結果如表2所示。

根據表1可知，套管本體電容量和介質損耗因數均沒有發生明顯變化，而且滿足規程要求。根據表2可知，套管本體油色譜分析結果滿足規程要求，而且與交接值相比沒有明顯增長。據此可以判斷套管本身無異常，可以投入運行。

表1 套管電容量和介質損耗因數測試情況

表2 套管油樣分析結果

3 故障原因分析

根據油紙絕緣電容型套管的工作原理可知，正常運行時要求套管的末屏必須可靠接地，主變套管一般安裝在升高座上，因此實際中多數情況是將套管末屏接到升高座上或者套管與升高座連接的法蘭上[3-6]。

主變套管末屏接地方式有兩種[7-9]，一種是用引線將末屏接地柱與套管法蘭或升高座連接，另一種是通過末屏接地帽將末屏接地柱與套管法蘭連接。第一種連接方法的優點是容易發現末屏接地不良缺陷，缺點是不美觀，檢修時容易產生因人員觸碰末屏接地連接線導致的末屏接地不良缺陷；第二種連接方法的優點是樣式美觀、安裝簡單，缺點是接地帽在運行中容易松動，從而導致末屏接地不良。本文介紹的主變500 kV套管末屏接地方式為接地帽接地。

檢修人員對現場故障套管進行了全面檢查，發現末屏接地帽材質為鑄鋁，接地帽的連接螺紋為普通螺紋，牙寬較大，牙槽較淺，而且沒有防振動退扣設計。假設檢修后套管末屏接地螺帽沒有完全恢復到原始狀態，在主變正常運行機械振動的影響下，末屏接地帽將可能逐漸退扣松動，導致末屏接地帽與接地螺桿不能可靠接觸，從而導致末屏懸浮電位放電。

此外，接地帽擰緊后接地螺桿與接地帽內部接觸強度不夠，僅僅為表面接觸，接地帽輕微松動會導致接地螺桿與接地帽之間留有空氣間隙，進而會引發末屏接地螺桿對接地帽內部輕微放電，類似的缺陷不停電檢查幾乎無法發現。接地帽與接地螺桿配套情況如圖3所示。

圖3 接地帽與接地螺桿配套情況

綜上所述，導致事故的直接原因是套管末屏接地帽松動脫落，致使套管末屏失去接地運行，從而導致末屏對地放電。導致事故的根本原因是套管末屏接地帽尺寸、螺紋牙型、防退扣措施等設計不合理。

4 故障處理情況

現場分析結果表明，該主變500 kV側套管末屏現有的接地方式(接地帽接地)不夠可靠，無法確保主變安全穩定運行，要從根本上解決問題，必須對現有的末屏接地方式進行改造。

重新加工制作接地帽需要專業人員進行現場測量，同時需要設計合理的接觸壓力值，所需時間較長，短時間內無法恢復供電，影響系統安全穩定運行。將原接地帽接地方式改造為引線接地方式可以從根本上解決問題，而且耗費時間短，主變可以盡快投運。經過討論平衡，最終決定選擇第二種方式。

經現場核實，套管末屏接地螺桿材料為銅，套管法蘭材料為鑄鋁，根據計算電流值，選擇引線有效截面積為6 mm2，為防止套管末屏接地螺桿受到引線張力作用，現場選擇引線為多股軟銅線。套管末屏接地螺桿一側的接線鼻子選擇純銅線鼻子，法蘭一側的接線鼻子選擇銅鋁過渡線鼻子。為防止連接松動，兩側均采用防松動彈墊。套管法蘭側的連接孔為現場加工的螺紋孔，孔徑8 mm，孔深10 mm。改造后的套管末屏接地方式如圖4所示。

圖4 改造后套管末屏接地方式

13時26分，現場試驗、改造工作全部完成，3號主變申請送電成功，高效處理了一起500 kV主變被迫停運事故。

5 結 語

通過現場分析，明確了導致事故的直接原因是套管末屏接地帽松動脫落，致使套管末屏失去接地運行，從而導致末屏對地放電。導致事故的根本原因是套管末屏接地帽尺寸、螺紋牙型、防退扣措施等設計不合理。現場將原接地帽接地方式改造為引線接地，從根本上解決了問題，確保3號主變短時間內恢復運行。

隨著電網的發展，設備數量逐年增多，停電檢修的機會逐年減少，要提高供電可靠性，一方面需要加強設備運維管理，提升專業人員運維水平，另一方面需要加強設備質量把關，提高設計水平，不斷優化設計方案，確保產品能夠滿足現場應用需求。