一起500kV主變套管電容量及介損異常分析

吳凱 張緯怡

摘 要 變壓器要實現內部繞組引線引出至油箱外部，需要套管這一主要元件作為載體，既使引線對地絕緣，也能固定連接引線。套管可分為純瓷型、充油型和油紙電容型、膠紙電容型、復合外套干式電容型等。本文介紹了一起500kV主變套管電容量及介損異常分析，利用電氣試驗和絕緣油試驗在理論上初步分析了故障原因，通過返廠解體試驗找到了故障位置和故障起因，對電容屏的生產工藝提出新的要求。

關鍵詞 套管 電氣試驗 油色譜分析 電容屏

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）07-0055-02

變壓器要實現內部繞組引線引出至油箱外部，需要套管這一主要元件作為載體，既使引線對地絕緣，也能固定連接引線。油紙電容型套管，也就是通過多層絕緣層、以及各絕緣層間的鋁箔來實現主導電臂的包裹絕緣，是電壓等級在110千伏及以上的套管的主要絕緣結構，以主導電臂為圓心形成一大串同心圓柱形電容器，通過電容分壓的原理均勻電場。在最外層的鋁箔經過小套管向外引出，稱為套管末屏。因為套管體積不大，導致電容量也很小[1]（幾百皮法左右），因此套管的老化、內部進水受潮以及套管其他局部性的缺陷都可以通過套管介質損耗的測量數據反映;如果油型套管內部出現問題，比如連接小套管斷線或接觸不良、內部嚴重少油、電容層局部擊穿等，也可通過電容量變化的測量數據來反映。

1 故障概況

在某次例行試驗中，以500千伏變電站內#1主變高壓套管為試驗對象，套管的型號為500HC639，制造廠家為（英國）傳奇電氣有限公司，生產日期是2000年6月，進行電容量和介損的測試數據采集。試驗過程中，如表1所示，發現A相高壓套管電容量及介損超標[2]。隨即采集套管油樣進行油色譜和微水試驗，試驗數據如表2所示。

2 理論分析

在停電試驗前一周對套管進行紅外精確測溫，試驗結果見表3，未發現異常。

同時歷史試驗數據也正常，結合停電試驗數據和絕緣油試驗數據，初步懷疑套管內部存在如下缺陷[3]：

（1）介損超標，套管內部可能受潮或者存在局部缺陷;（2）電容量增大，套管內電容屏可能局部被擊穿;（3）油中水分含量為14.8mg/L，小于規程規定的15mg/L，說明套管內部沒有進水受潮;（4）油色譜中特征氣體氫氣和甲烷含量占據主要部分，乙炔和乙烷含量占據次要部分，說明套管油紙絕緣中存在局部放電;（5）油色譜中特征氣體存在乙炔，但是不能確定套管內部是低能量的局部放電還是電弧放電，于是對特征氣體進行三比值編碼：，編碼為1;，編碼為2;，編碼為1，三比值編碼組合是“121”，初步判斷為低能量放電兼過熱故障。

結合以上幾點分析，初步判斷套管內部長期存在低能量局部放電，導致電容紙被局部擊穿，從而引起電容量增大和介損超標以及絕緣油中出現特征氣體。

3 返廠解體試驗

3.1 絕緣油試驗

本次試驗從套管頂部取油，由于套管在運輸過程中平放，頂部儲油柜內的絕緣油與瓷套內的絕緣油充分交換，油中溶解氣體再次平衡，本次檢測數據較現場檢測數據高。油色譜檢測結果顯示乙炔、總烴、氫氣均嚴重超標，與現場檢測結果特征一致。

3.2 密封性檢查

在套管解體過程中先把其頂部將軍帽拆除，頂部有兩個流油孔在橡膠軟木墊下部，橡膠軟木墊無異常，將軍帽內也沒有潮汽浸入現象。從套管頂部流油孔注入高純度N2，注入壓力達到0.3MPa，持續兩個小時觀察氣體壓力沒有明顯下降趨勢，在套管頂部的法蘭密封附近、油位計等部位均勻涂抹泡沫水后也未出現泡泡，證明所有部件密封性均不錯。

3.3 儲油柜檢查

儲油柜分為上、下兩個儲油室，下部的儲油室包含氣端瓷套、法蘭、套管油端瓷套、電容芯體等部件，上部儲油室和下部儲油室之間通過兩根油管連通。仔細排查后未發現儲油柜內部有潮汽進入跡象，內部的防潮設計也比較完美，不存在潮氣從流油孔進入的可能性。

3.4 套管拆解

該套管結構上采用拉桿式，電容芯纏繞在鋁管上，將一根銅棒放置在鋁管內部，其下端連接變壓器的繞組，中部加裝限位措施，而且在銅棒外部包裹絕緣，上部連接將軍帽，采用螺紋連接方式。電容芯剝出后，外表面絕緣包裹也較為整齊，沒有爬電、放電痕跡，按壓各電容屏的絕緣，發現絕緣包裹松緊度不好，比較松散。

3.5 電容屏檢查

通過逐層剝離電容屏，逐層檢查電容屏介損異常情況以及電容屏測試[4]。以鋁管連接的零屏為最后屏，末屏為第1屏，經拆解，該套管電容屏共計76屏，其結構大致為每一屏為開口大小約1公分、相鄰錯開開口的開口布置，整屏的為第1、20、38、57、76屏，剩余為兩塊端屏拼接布置。進行逐層剝離電容屏過程中出現部分問題，如裁剪不精細、布置不規則的電容屏邊緣、部分包繞不密實的絕緣紙、疑似下墜移位的下端部絕緣紙、缺失部分鋁箔邊角等問題。

因該套管大量采用端屏，無法逐屏開展電容量測試，只能對第1、20、38、57、76整屏進行電容量測試，試驗數據見表4。

接下來進行介損異常分析，發現不同層的燒蝕情況不同，從39層開始到70層，燒蝕逐漸嚴重，在39-40屏時出現了直徑為5cm的受熱變色痕跡，伴隨有輕微焦糊味;黑色燒蝕碳化點出現在40-41屏;兩個燒蝕點開始出現在42-43屏;因燒蝕產生的絕緣紙表面破損出現在44-45屏;三個燒蝕點出現在46-47屏。我們截取了最為嚴重的兩個位置展示，其一是如圖1所示的燒蝕痕跡中心，位于整屏的第57屏，其二是如圖2所示的最為嚴重的燒蝕位置，位于第60-70屏。空洞中心位于距鋁管尾端476cm處，軸向直徑6cm，水平直徑5cm。燒蝕程度逐漸減輕的情況開始在70屏出現，中下部鋁箔及絕緣明顯皺褶出現在74-75屏。76屏為零屏，與鋁管的連接可靠，無放電痕跡，與燒蝕痕跡對應的鋁管表面有過熱痕跡。

4 結論

綜上所述，該套管的電容屏發生放電現象，原因是其鋁箔裁剪工藝控制不良，卷繞不密實。電容屏卷繞不緊會導致長時間運行后局部電容屏受重力作用向下移動（根據現場測量數據，57屏至60屏之間3個間隔總間距為4cm，這跟大部分電容屏相鄰兩屏之間，下屏下邊沿的軸向間距一般為1cm的基本設置不同，多出1cm），場強會發生變化，若同時存在電容屏裁剪、芯體中存在雜質等缺陷[5]，會造成局部放電的情況。

參考文獻：

[1] 陳天翔，王寅仲.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] Q/GDW1168-2013.輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2013.

[3] Q/GDW11447-2015.10kV-500kV輸變電設備交接試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2015.

[4] 鄭東升.油務化驗/國家電網公司人力資源部組編[M].北京：中國電力出版社，2010.

[5] 甘強.郁鴻儒.譚婷月.500kV變壓器電容型套管電容屏絕緣缺陷分析[J].變壓器，2018（03）：62-66.