一起主變35kV進線側穿墻套管故障的分析

國網蘇州供電公司 錢蘇華 夏 東

高壓套管是電力系統中廣泛使用的一種重要電器，它能使高壓導線安全地穿過接地墻壁或箱蓋與其他電氣設備相連接[1]，因此高壓套管具有電氣絕緣以及機械固定的雙重作用[2]。高壓套管的種類較多，按結構特點和主要絕緣介質不同，可分為單一絕緣材料套管（包括純瓷套管、樹脂套管）、復合絕緣套管（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苛，因此隨著運行時間的增加，常由于逐漸劣化以及損壞等原因導致電網事故，危害電網安全穩定運行，因此必須對加強對套管類設備的日常巡視及維護。本文通過對一起主變35kV 進線側穿墻套管故障的分析，為穿墻套管類缺陷的處理與預防提供了經驗，同時對提高穿墻套管運行可靠性和保證電網的安全運行可靠運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，現場觀察其中有一相套管燒黑。有關部門立即組織搶修人員趕赴現場，現場檢查后發現，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，生產產家為北京伏安電氣公司，電容量為113pf，出廠日期為2000年9月，投運日期為2000年12月。

圖1 灼燒痕跡圖

檢修人員到達現場后對315列電線穿墻套管試驗，判定設備不合格無法投運。將損毀的穿墻套管取下后，發現B 相穿墻套管末屏嚴重放電（圖2），并伴有刺激性味道，表明套管內部已嚴重放電，且末屏蓋已不見。正常的套管底部末屏應通過末屏蓋良好接地，如圖3所示。對備品穿墻套管進行交接試驗并安裝。5月14日6點45分送電完成恢復運行。

圖2 末屏嚴重放電圖

圖3 末屏接地情況圖

2 故障原因分析

2.1 穿墻套管的基本結構

本次故障套管為CG 型干式橡膠穿墻套管，由電容芯子、剛性有機絕緣外殼、硅橡膠外護套、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電抗器[5]。由于該套管為電容型設備，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損耗及電容量進行測量，末屏在運行時應可靠接地[6]。

由圖4可知，電容型套管采用電容屏串聯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行絕緣及介損試驗確定內部電容芯子絕緣是否完好。針對本次故障報單相接地，結合現場設備損壞情況，初步判斷該次故障為內部電容芯子擊穿后對地放電。為了驗證此判斷對該組套管進行了診斷性試驗。

圖4 電容型套管結構圖

2.2 診斷性試驗

停電狀態下試驗人員對三相穿墻套管進行了診斷試驗。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損耗測量儀正接法下對各相套管進行介質損耗因數測量。測量得到A、C 兩相介質損耗因數分別為0.716%、0.684%，電容量分別為113.9pF、113.6pF，與銘牌標識誤差為0.79%、0.53%。而B 相無法進行加壓試驗，其電容值測量后也同樣為0。

表1 三相套管診斷性試驗數據

根據Q/GDW1168-2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》，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程要求。由該試驗數據可以確定，B 相穿墻套管內部發生了電容芯子的擊穿故障，驗證了上述判斷。

3 故障設備解體檢查及預防措施

查看相關歷史資料，可知該組套管運行時間已達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，導致水汽通過末屏蓋隙縫處及末屏固定螺栓處進入末屏內部（圖5）。日積月累下電容屏內部浸有大量水分，使得介質絕緣強度下降，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 水汽進入末屏內部圖

檢修人員將315列電線穿墻套管A 相末屏打開后發現該相螺栓處已有一層銅綠，說明其內部也長時間受潮（圖6）。這表明在相同的運行條件下該組套管三相均存在水汽進入穿墻套管內部的情況，此A 相穿墻套管若繼續運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 進線側穿墻套管接地故障的分析與處理，為確保出墻套管類設備的安全可靠運行，特提出以下幾點建議與注意事項：

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行后可能存在末屏密封材料老化、密封不嚴等情況，因此必須加強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，當發生局部放電或泄露電流流過絕緣物質時，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的紅外信號特征發現。因此應當加強對該類設備的紅外測溫工作，縮短紅外測溫周期，重點檢測套管本體及末屏根部溫度，對發現三相不平衡或超出環境溫度3℃的設備應詳細分析[6]。

對目前在運的穿墻套管進行系統的統計，依據運行年數及運行狀態列項技改，及時更換老舊產品。對類似的電容型設備也應開展定期抽檢，利用多種檢測方式檢查末屏及內部絕緣情況，排查各類隱患。