110kV主變壓器高壓套管材料膨脹系數(shù)不一致導(dǎo)致油位觀察窗破裂

易選澤

一、缺陷情況說明

（一）缺陷概述

2021年5月11日，國網(wǎng)資陽供電公司運維人員巡視中發(fā)現(xiàn)110kV安岳變電站#1主變壓器高壓側(cè)中性點套管油位觀察窗存在玻璃破裂、油位無法觀察的缺陷。

（二）缺陷設(shè)備基本情況

該高壓側(cè)中性點套管型號為BRDW-72.5/630-4，廠家為西安愛博電氣有限公司，生產(chǎn)日期為2007年05月。變壓器型號為SFSZ11-40000/110，廠家為成都雙星電器有限公司，2007年06月01日出廠，2007年12月10日投運。

二、缺陷檢查情況

（一）紅外測溫

2021年5月31日22時10分，#1主變壓器環(huán)境溫度：21℃，主變帶載：9.64MVA，運維人員對高壓側(cè)中性點套管油箱處進(jìn)行紅外測溫，測得最高30.6℃。

（二）外觀檢查

2021年6月1日，#1主變壓器停電檢修，環(huán)境溫度：26℃，濕度：62%，對高壓側(cè)中性點套管外觀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)套管油位已處于最低，觀察窗處有滲油情況，油位表玻璃破裂，外部固定玻璃的金屬法蘭螺孔外邊緣已完全裂開。

（三）解體檢查

檢修人員拆除舊觀察窗，檢查內(nèi)部情況，發(fā)現(xiàn)套管上下觀察孔內(nèi)均存在玻璃碎屑，觀察孔密封膠圈老化失去彈性。舊玻璃窗金屬法蘭螺孔外邊緣已完全裂開，觀察窗外表面玻璃出現(xiàn)層狀脫落。

（四）試驗檢測

試驗人員從#1主變壓器高壓側(cè)套管下部取樣口采集油樣，高壓側(cè)套管油樣數(shù)據(jù)如表2-1所示。

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）第59分冊 絕緣油水分檢測細(xì)則（庫侖法）》規(guī)定，110（66）kV及以下設(shè)備水分不超過35mg/L;根據(jù)《國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）第15分冊 油中溶解氣體檢測細(xì)則》規(guī)定，套管氫氣≤140μL/L，甲烷≤40μL/L，乙炔≤lμL/L （220kV及以上）、乙炔≤2μL/L （其它）。

從套管絕緣油水分與油中溶解氣體檢測數(shù)據(jù)可知，A、B、C相套管與中性點套管檢測數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)，但中性點套管微量水分含量明顯高于其他三相，套管可能存在密封不嚴(yán)情況。

三、缺陷原因分析

經(jīng)查，2011年4月，資陽公司110kV仙鶴變電站#2主變高壓側(cè)套管發(fā)生過的同類問題。經(jīng)套管廠家排查，油位觀察窗破裂產(chǎn)品集中出現(xiàn)在2007年1月至2008年8月期間生產(chǎn)的產(chǎn)品，主要供貨變壓器廠家為成都雙星電器有限公司。通過幾起套管油位觀察窗缺陷發(fā)現(xiàn)，觀察窗玻璃均發(fā)生破裂，并出現(xiàn)玻璃層層剝落的現(xiàn)象，外部固定玻璃的金屬法蘭件大多沿著螺孔外邊緣處裂開。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，油位觀察窗玻璃和金屬法蘭為一體式，觀察窗玻璃嵌入金屬法蘭內(nèi)部。從觀察窗剖面結(jié)構(gòu)看出，玻璃和金屬法蘭澆注在一起，中間沒有任何縫隙。兩者材質(zhì)的膨脹系數(shù)相差很大，外界溫度大范圍變化時，玻璃由于熱脹冷縮的作用受到較大應(yīng)力導(dǎo)致破裂。法蘭螺孔經(jīng)反復(fù)應(yīng)力作用造成機械疲勞強度累積，發(fā)生斷裂。

四、經(jīng)驗總結(jié)

（一）缺陷處理

綜上所示，為避免觀察窗金屬材料膨脹系數(shù)不一致導(dǎo)致油位觀察窗破裂，采取兩種改進(jìn)手段：

首先縮小兩種材質(zhì)線膨脹系數(shù)的差距。玻璃材質(zhì)選用鋼化防爆處理的工業(yè)玻璃，線膨脹系數(shù)（0～300℃）： 33*10-6·K-1;金屬材質(zhì)選用304不銹鋼，線膨脹系數(shù)（0～100℃）： 17.2*10-6·K-1 。

其次改變不銹鋼法蘭與玻璃緊密連接方式，采用不銹鋼法蘭與玻璃橡膠密封圈壓接方式。把觀察窗玻璃和金屬法蘭分開，在兩種不同材質(zhì)之間留一定的膨脹間隙，作為熱脹冷縮活動間隙，間隙用內(nèi)、外兩層橡膠密封圈密封。

（二）試驗檢測

2021年6月1日補充完合格新油，靜止12小時后，試驗人員再次從#1主變壓器高壓側(cè)套管下部取樣口采集油樣，環(huán)境溫度：22℃，濕度：68%，高壓側(cè)套管油樣數(shù)據(jù)如表1-1所示。

從套管絕緣油水分與油中溶解氣體檢測數(shù)據(jù)可知，A、B、C相套管與中性點套管檢測數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)。

（三）紅外測溫

2021年6月15日20時45分，#1主變壓器環(huán)境溫度：26℃，主變帶載：12.84MVA，運維人員對高壓側(cè)中性點套管油箱處進(jìn)行紅外測溫，測得33.3℃。

（一）建議

1、套管油位觀察窗破裂缺陷均發(fā)生在成都雙星電器有限公司2007年左右的110kV變壓器，套管廠家包括北京愛博精電科技有限公司、西安愛博電氣有限責(zé)任公司、西安西電高壓套管有限公司，均可能存在此類型缺陷，加強套管排查，建立隱患臺賬，及時制定更換計劃。

2、運維人員充分利用無人機、望遠(yuǎn)鏡等手段加強對主變壓器套管油位觀察窗巡視。

3、檢修人員利用主變停電機會，加強隱患套管的絕緣油水分與油中溶解氣體檢測，綜合分析及時發(fā)現(xiàn)隱患。

4、加強檢修人員對電網(wǎng)設(shè)備金屬監(jiān)督知識培訓(xùn)，了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，加強驗收，避免問題設(shè)備投運。