變壓器套管頭部發熱的原因分析

王一博 孫繼超 程凱

摘要：套管是變壓器最重要的部件之一。主要用于將變壓器內的高、低壓引線引至本體外與外部線路連接，同時，它還起支撐和固定引線的作用。套管接頭發熱缺陷引起的故障是變壓器的常見故障，變壓器套管頭發熱故障可分為外接頭發熱故障和內接頭發熱故障。本文結合實例分析了套管頭發熱的主要原因，以期為相關工作提供參考。

關鍵詞：變壓器;套管頭部;發熱原因;案例分析

一、變壓器套管頭部發熱原因分析

變壓器套管頭部發熱可以簡單劃分為內部發熱和外部發熱兩種類型。首先，外部的發熱情況是有所不同的。由外部導線接觸不良而引起的電路發熱情況較為常見，線頭連接時會進行反復拆裝，發熱風險難以控制，只能實施針對性的改進措施盡可能的確保各條導線間的正常接觸。此外，在將軍帽和接線板接觸不良時，電阻將會隨之增大，功率耗損嚴重，容易導致組件連接部位溫度的不斷增高。線路溫度越高，氧化速度越快，氧化膜與電阻之間出現反作用，最終燒斷線路，使整個電力系統無法正常運轉起來。其次，內部的發熱情況主要是由于螺紋與引線的接觸不當。螺紋與引線連接時應合理計算公差，一旦發生計算失誤或者結果偏差，線路電阻就會變大，高熱發熱現象隨之產生。內部故障不易被發現，螺紋和引線的連接又非常隱蔽，所以在發熱原因的具體分析與故障問題的實際檢測時，就需要依靠先進技術的支持，形成動態監測系統，及時獲取變壓器套管頭部的溫度變化。在套管頭部可以設置示溫片，記錄周圍區域的溫度。當然，示溫片具有一定的局限性，對溫度的反映并不及時。從這個角度來看，變壓器套管頭部的內部故障更加明顯，而且很容易發生惡化。

二、變壓器套管頭部發熱診斷方法

利用紅外檢測儀，不但能發現設備發熱故障，而且還可以對發熱故障進行準確的定性定位，發現和避免設備事故，確保設備的安全可靠運行。

（一）套管外部接頭故障

套管外部接頭故障的紅外熱像特征是故障接頭中心有明顯發熱。根據高壓套管外部接頭故障熱像特征，并參照GB/T11022-2011的規定做出診斷，即最高允許溫度為80℃若作三相間互比或與該套管瓷套中部相比較。溫差大于20℃則有可能發生故障的隱患，應加強監視;溫差大于40℃時，則故障較為嚴重，應及時檢修。

（二）套管內部接頭故障

對于35kV及以下電壓等級的變壓器套管，與繞組連接的內部接頭多數處于下端，并浸于箱體油中。當三相套管中的一相或兩相產生故障，則故障相的熱像特征與正常套管的熱像有明顯差異。對高于110kV電壓等級的變壓器套管，接頭與將軍帽由引線連接，接頭故障的熱輻射量最終傳遞到將軍帽上，因此熱像圖上一般故障將軍帽有明顯發熱。對于內部接頭的故障一般通過相對溫差判斷法和表面溫度判斷法分析判斷。

①相對溫差判別法。即通過紅外熱像儀測得故障點的溫度，與正常接頭部位的溫度值按下式算得相對溫差，再查表便可確定故障的嚴重程度。

②表面溫度判斷法。35kV及以下電壓等級的套管內部接頭故障，根據套管內部接頭故障熱像特征，并結合GB/T11022-2011規定的最高允許溫度（在油中為85℃）進行診斷。然而，浸于油中的下端引線接頭溫度無法用紅外手段直接檢測，通常檢測的只是套管外表溫度。因兩者的溫度關系與電壓等級、型號，運行負荷及油溫有關，所以要準確給出每臺設備套管內外溫度關系十分困難。我們可根據正常套管瓷套及儲油柜的溫升和它們對應的相間溫差進行判斷。顯然，如果存在內外連接故障，則套管瓷套和儲油柜溫度必將受到很大影響。因此判斷套管下端接頭是否過熱，結合內部接頭故障熱像特征做出判別。110kV及以上電壓等級的套管存在內部接頭故障，可根據套管內部接頭故障熱像特征并結合GB/T11022-2011規定的最高允許溫度（在油中為85℃）進行診斷。但在實際檢測時，直接得到的是將軍帽表面溫度，而內部接頭部位的溫度都高于將軍帽表面溫度，而且兩者之差的具體數值與將軍帽結構有關。凡在防雨罩內的發熱點，GB/T11022-2011判別時，應降低20℃作為判斷標準。當運用相間互比時，凡溫差大于10℃時，應視為存在一般故障，大于20℃時，應判定為存在嚴重內部連接故障。

三、變壓器套管頭部發熱故障案例

（一）某變電站2#主變110kV B相套管發熱，高壓試驗班在對該變壓器進行紅外熱成像監測時，發現2號主變壓器110kV B相套管頭部發熱，溫度達到87.4℃。

經查看主變套管說明書，發現該套管設計上存在缺陷。在主變110kV引線裝入套管導電密封頭后，引線上應有一個定位螺母將引線與套管導電密封頭壓緊，以保證引線與套管導電密封頭可靠接 觸。而該型套管沒有定位螺母，導致主變引線和套管導電密封頭之間缺少壓緊的力量，只靠螺牙之間自然的力量，無法保證可靠接觸。在主變負載較大 的情況下，就會造成接觸面過熱。套管頭部結構如行了消缺處理。在拆下該套管導電密封頭后，發現 主變引線和套管導電密封頭相互接觸的螺牙處已 有放電和過熱燒損的痕跡。而套管的結構確實如分 析的一樣設計上存在缺陷，缺少一個定位螺母。經將主變引線和套管導電密封頭過熱損傷處打磨處理，在接觸面上涂上導電膏，然后恢復安裝。這樣處理后套管過熱情況會得到改善，但該缺陷無法徹底處理，在主變負載較大時仍有出現過熱的可能。將該型套管進行更換或由廠家針對該設計缺陷進行改造才能徹底解決該問題。

（二）某35kV變電所1#主變10kV側A相套管發熱，某35kV變電所運行人員在進行紅外熱成像監測時，發現1#主變10kV側A相套管頭部發熱，溫度達到77℃。

根據紅外成像儀圖像分析，本起變壓器套管頭部發熱故障應為外部接頭故障，發熱部位可能在回路的連接處，潛在故障點如下：線圈和套管纜線的焊接連接處;三相線圈末端的連 接 處;穿過套管的纜線與纜線連接頭的焊接處;纜線頭與導電頭絲口連接處;板型接線柱與導電頭絲口連接處;板型接線柱與硬母線連接處。通過現場檢查，發現A相導電頭的上部圓柱體與板 型接線柱上的兩個夾緊螺栓明顯松動，板型接線柱用手便可使其旋轉。本起故障原因應是套管安裝時定位螺母沒有擰緊，導致引線與套管導電密封頭沒有可靠接觸引起過 熱。現場對夾緊螺栓進行緊固，送電后未再發生套管發熱情況，缺陷被消除。

（三）某2#主變110kV側C相相套管引線接頭處發熱，運維人員對該站進行例行紅外成像檢測時，發現該變壓器（未達額定負荷）110kV高壓側C相套管引線接頭處（將軍帽）發熱，溫度達63.89℃，而A、B相套管相應部位溫度分別為43.60℃和42.78℃。

根據熱像圖顯示的情況，初步分析認為發熱的原因可能是接線板與導電桿連接不良。熱點溫度為63.89℃，按照紅外導則判定此發熱缺陷屬于一般過熱缺陷，應縮短紅外檢測周期并加強運行監視，盡快安排處理。鑒于該變壓器所帶負荷較重，又逢“迎峰度夏”高負荷期即將來臨，考慮當負荷增大后，該過熱處的 溫度還要進一步升高，若不及時處理很可能引起設 備事故。上級部門要求盡快處理此缺陷，決定當夜（零點時檢修）停電消缺。

四、結束語

綜上所述，消除變壓器套管頭部發熱的建議如下：一是建議選用質量好、信譽好、運行穩定的產品;二是加強維修人員的技術培訓，加強與變壓器套管廠家的溝通，認真閱讀產品使用說明書，了解產品結構和操作維護要點，結合春秋檢、電機停運檢查變壓器套管密封情況，重點檢查運行時間長的變壓器。如果發現密封墊有裂紋，應及時更換，確保密封良好。只要我們高度重視變壓器套管頭的發熱問題，認真分析并采取對策，套管頭過熱現象將得到徹底消除。

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