一起主變35kV進(jìn)線側(cè)穿墻套管故障的分析

國網(wǎng)蘇州供電公司 錢蘇華 夏 東

高壓套管是電力系統(tǒng)中廣泛使用的一種重要電器，它能使高壓導(dǎo)線安全地穿過接地墻壁或箱蓋與其他電氣設(shè)備相連接[1]，因此高壓套管具有電氣絕緣以及機(jī)械固定的雙重作用[2]。高壓套管的種類較多，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要絕緣介質(zhì)不同，可分為單一絕緣材料套管（包括純瓷套管、樹脂套管）、復(fù)合絕緣套管（包括充油套管、充氣套管）和電容式套管（包括油紙電容式套管、膠紙電容式套管）三類[3-4]。

由于高壓套管的工作條件較為嚴(yán)苛，因此隨著運(yùn)行時間的增加，常由于逐漸劣化以及損壞等原因?qū)е码娋W(wǎng)事故，危害電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此必須對加強(qiáng)對套管類設(shè)備的日常巡視及維護(hù)。本文通過對一起主變35kV 進(jìn)線側(cè)穿墻套管故障的分析，為穿墻套管類缺陷的處理與預(yù)防提供了經(jīng)驗(yàn)，同時對提高穿墻套管運(yùn)行可靠性和保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行可靠運(yùn)行具有一定的參考意義。

1 故障情況描述

2021年5月13日17時47分，某供電公司檢修人員收到通知：某變電站315列電線有單相接地，現(xiàn)場觀察其中有一相套管燒黑。有關(guān)部門立即組織搶修人員趕赴現(xiàn)場，現(xiàn)場檢查后發(fā)現(xiàn)，該變電站1號主變315列電線穿墻套管B 相上方墻面有明顯灼燒痕跡，如圖1。該B 相穿墻套管型號為CG11-35/1250-3，生產(chǎn)產(chǎn)家為北京伏安電氣公司，電容量為113pf，出廠日期為2000年9月，投運(yùn)日期為2000年12月。

圖1 灼燒痕跡圖

檢修人員到達(dá)現(xiàn)場后對315列電線穿墻套管試驗(yàn)，判定設(shè)備不合格無法投運(yùn)。將損毀的穿墻套管取下后，發(fā)現(xiàn)B 相穿墻套管末屏嚴(yán)重放電（圖2），并伴有刺激性味道，表明套管內(nèi)部已嚴(yán)重放電，且末屏蓋已不見。正常的套管底部末屏應(yīng)通過末屏蓋良好接地，如圖3所示。對備品穿墻套管進(jìn)行交接試驗(yàn)并安裝。5月14日6點(diǎn)45分送電完成恢復(fù)運(yùn)行。

圖2 末屏嚴(yán)重放電圖

圖3 末屏接地情況圖

2 故障原因分析

2.1 穿墻套管的基本結(jié)構(gòu)

本次故障套管為CG 型干式橡膠穿墻套管，由電容芯子、剛性有機(jī)絕緣外殼、硅橡膠外護(hù)套、中間法蘭、高壓電極等組成，省去了兩端支撐用的支柱絕緣子。套管的內(nèi)絕緣為電容芯子，由絕緣帶和鋁箔交替纏繞組成同心圓柱形串聯(lián)電抗器[5]。由于該套管為電容型設(shè)備，電容芯子的最外層鋁箔即末屏由小套管引出，通過該測量端即可對套管的的介質(zhì)損耗及電容量進(jìn)行測量，末屏在運(yùn)行時應(yīng)可靠接地[6]。

由圖4可知，電容型套管采用電容屏串聯(lián)的方式將高壓層層降低至地電位，其測量端與電容芯子的末屏相連并接地。可以通過在測量端進(jìn)行絕緣及介損試驗(yàn)確定內(nèi)部電容芯子絕緣是否完好。針對本次故障報(bào)單相接地，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備損壞情況，初步判斷該次故障為內(nèi)部電容芯子擊穿后對地放電。為了驗(yàn)證此判斷對該組套管進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)。

圖4 電容型套管結(jié)構(gòu)圖

2.2 診斷性試驗(yàn)

停電狀態(tài)下試驗(yàn)人員對三相穿墻套管進(jìn)行了診斷試驗(yàn)。由表1可見，三相套管中B 相絕緣為0，而A、C 兩相分別為18900MΩ、21500MΩ。同時，使用AI-6000E 自動抗干擾精密介質(zhì)損耗測量儀正接法下對各相套管進(jìn)行介質(zhì)損耗因數(shù)測量。測量得到A、C 兩相介質(zhì)損耗因數(shù)分別為0.716%、0.684%，電容量分別為113.9pF、113.6pF，與銘牌標(biāo)識誤差為0.79%、0.53%。而B 相無法進(jìn)行加壓試驗(yàn)，其電容值測量后也同樣為0。

表1 三相套管診斷性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)Q/GDW1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》，電容型套管絕緣電阻值不得小于10000MΩ，電容量初值差不得大于±5%，可知A、C 兩相均滿足要求，而B 相顯然已無法滿足規(guī)程要求。由該試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定，B 相穿墻套管內(nèi)部發(fā)生了電容芯子的擊穿故障，驗(yàn)證了上述判斷。

3 故障設(shè)備解體檢查及預(yù)防措施

查看相關(guān)歷史資料，可知該組套管運(yùn)行時間已達(dá)20年。隨著密封材料的老化及損傷，其末屏密封性能大幅下降，導(dǎo)致水汽通過末屏蓋隙縫處及末屏固定螺栓處進(jìn)入末屏內(nèi)部（圖5）。日積月累下電容屏內(nèi)部浸有大量水分，使得介質(zhì)絕緣強(qiáng)度下降，高壓作用下致使電容屏逐級擊穿并放電，引起接地故障。

圖5 水汽進(jìn)入末屏內(nèi)部圖

檢修人員將315列電線穿墻套管A 相末屏打開后發(fā)現(xiàn)該相螺栓處已有一層銅綠，說明其內(nèi)部也長時間受潮（圖6）。這表明在相同的運(yùn)行條件下該組套管三相均存在水汽進(jìn)入穿墻套管內(nèi)部的情況，此A 相穿墻套管若繼續(xù)運(yùn)行也將存在放電擊穿的隱患。

圖6 A 相末屏表面銅綠圖

通過上述對主變35kV 進(jìn)線側(cè)穿墻套管接地故障的分析與處理，為確保出墻套管類設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，特提出以下幾點(diǎn)建議與注意事項(xiàng)：

該315列電線穿墻套管三相中一相絕緣擊穿、一相末屏存在受潮情況，提示該型號穿墻套管在長期運(yùn)行后可能存在末屏密封材料老化、密封不嚴(yán)等情況，因此必須加強(qiáng)對同型號穿墻套管的巡視。

電容型套管絕緣受潮、劣化是一個長期過程，當(dāng)發(fā)生局部放電或泄露電流流過絕緣物質(zhì)時，其介電損耗或電阻損耗都可引起穿墻套管局部溫度升高，能夠通過觀察局部熱點(diǎn)的紅外信號特征發(fā)現(xiàn)。因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對該類設(shè)備的紅外測溫工作，縮短紅外測溫周期，重點(diǎn)檢測套管本體及末屏根部溫度，對發(fā)現(xiàn)三相不平衡或超出環(huán)境溫度3℃的設(shè)備應(yīng)詳細(xì)分析[6]。

對目前在運(yùn)的穿墻套管進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，依據(jù)運(yùn)行年數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)列項(xiàng)技改，及時更換老舊產(chǎn)品。對類似的電容型設(shè)備也應(yīng)開展定期抽檢，利用多種檢測方式檢查末屏及內(nèi)部絕緣情況，排查各類隱患。