一起由于套管密封失效導致的220 kV變壓器故障分析

施 逸，周國梁

(國網四川省電力公司宜賓供電公司，四川 宜賓 644002)

0 引 言

高壓套管廣泛應用于各類變壓器設備中，對于變壓器的絕緣、密封防潮十分重要。目前，66 kV及以上的油浸式變壓器套管主要使用油浸電容式、膠浸纖維復合電容式等類型，套管按照載流方式分為穿纜式和導桿式[1-2]。

當套管的額定電流小于630 A時，套管的載流方式宜為穿纜式；當套管的額定電流不小于630 A或電壓等級不小于220 kV時套管的載流方式宜為導桿式[3]。因此穿纜式套管在220 kV及以下電力系統中應用十分普遍。但是多年來，穿纜式套管造成的事故時有發生，特別是密封不良導致滲漏、內部受潮等故障輕則迫使變壓器停運，重則導致變壓器本體故障，帶來了大量的經濟損失[4-8]。

下面通過分析一起220 kV主變壓器匝間短路故障，診斷了套管故障產生原因，給出了運行維護建議，對相同類型套管的運行維護具有一定的指導意義。

1 故障及檢查情況

2019年7月20日，某220 kV主變壓器在運行過程中雙套保護差動動作,三側斷路器三相跳閘。該變壓器型號為SFPSZ9-120000/220；出廠日期為2001年1月；220 kV側油浸電容式高壓套管型號為BRDLW-220/630-3，安裝形式為穿纜式，出廠日期為2000年6月。

1.1 試驗檢查

2019年7月20日，對該主變壓器進行了檢查試驗。保護動作信號及波形圖表明，A相存在差流，折算高壓一次側的差流為130 A；油色譜分析表明內部存在電弧放電現象；而電氣試驗中，繞組變形測試高壓繞組A相嚴重變形，高壓繞組吸收比和極化指數均小于1，低電壓空載試驗涉及A相繞組時電流嚴重異常，因過載無法測試中對低壓變比。綜合保護動作情況、油色譜分析數據以及電氣試驗數據，初步判斷該主變壓器高壓側A相繞組存在匝間短路，且短路匝數相對較少。

另外，經現場檢查，發現該變壓器220 kV側A相套管將軍帽密封部位相較于其他相，有較明顯的縫隙，如圖1所示。同時，A相套管引流線較短，套管受力較大。

圖1 高壓A相套管密封部位有縫隙

1.2 運行環境

調查該變壓器所在地區的環境情況，發現6月17日，該地區曾發生6.0級地震，震源深度16 km。截止7月20日為止，累計發生3級及以上余震64余次，其中3級～4級地震54次，4級～5級地震6次，5級及以上地震4次。6·17地震及各余震發生期間，該變電站所處地區震感明顯。

另外，6月以來，該地區連續多日降雨。據統計，6月17日地震至7月20日期間，該地區降雨天氣達28天，其中中雨13天，大雨到陣雨6天。19日，該地區天氣為中雨，20日上午為小雨，氣溫為24～34 ℃。

1.3 變壓器內部檢查

為驗證初步判斷，并進一步分析故障原因，在現場對該變壓器開展了內檢。檢查方式為將變壓器套管拔出，并將變壓器油排空后，從220 kV套管孔進入變壓器內部，對故障點進行查找及原因分析。

檢查結果為：該變壓器220 kV側A相線圈出線銅屏蔽管內有明顯的固體絕緣燒蝕形成的碳化物和金屬銅顆粒，如圖2—圖4所示。表明在該處附近有涉及固體絕緣及金屬部件的電弧燒灼故障。結合變壓器內部結構分析，以上固定絕緣碳化物以及金屬銅顆粒極有可能來自于高壓繞組引流線附近的繞組匝間擊穿短路故障。

圖2 A相套管出線銅屏蔽管內有明顯的電弧燒蝕產物

圖3 高壓A相銅屏蔽管內有大量固體絕緣碳化物

圖4 高壓A相銅屏蔽管內有大量金屬銅顆粒

1.4 返廠檢查

將該變壓器返廠后，對該變壓器進行了拔圈檢查，確認A相高壓線圈為繞組匝間短路故障，故障部位正好位于繞組引流線下方，見圖5所示，其他繞組均未見異常。

圖5 返廠檢查確認高壓A相繞組匝間短路

2 故障原因分析

2.1 套管密封結構

該套管密封結構如圖6所示。

圖6 套管頭部密封結構

該套管密封依靠4條緊固螺栓將導電頭、膠墊及接線座緊固在一起，接線座內有空腔，安裝固定主變壓器引線導電棒的定位螺母和圓柱銷。該結構由于接線座無防松動鎖定裝置，導線在受力搖擺后，緊固螺栓松動，會引起密封失效，雨水沿此進入變壓器內部，如圖7所示。

圖7 套管密封失效

2.2 主變壓器套管安裝結構

該套管為穿纜套管，從主變壓器安裝結構上可以看到，從套管頂部進入主變壓器的雨水，將沿著高壓套管、銅屏蔽管的通道，集中流入到了變壓器高壓繞組引流線部位，導致該處發生繞組匝間短路故障。如圖8所示。

圖8 高壓A相套管進水路徑

2.3 密封失效進水原因分析

該套管結構由于無防松動鎖定裝置，且主變壓器220 kV側A相套管引流線較短，導致套管受力較大，由于該地區在故障發生前發生了多次地震及余震，引流線不斷拉扯A相套管，導致套管將軍帽處緊固螺栓不斷松動，密封失效。同時，因該地區連續多日降雨，且溫差較大，主變壓器內部壓力變化較大，因氣壓變化而引起的呼吸效應導致雨水從密封失效處滲入。另外，由于該臺變壓器的套管為穿纜式，高壓繞組引流線穿過銅屏蔽管引出，套管末端直接對著高壓繞組銅屏蔽管；從套管頂部進入內部的雨水，直接順著高壓套管、銅屏蔽管的通道，集中流入到了變壓器高壓繞組引流線部位，導致該處發生繞組匝間短路故障。

3 結 論

1)穿纜式套管將軍帽處密封不良將導致雨水沿套管通道進入變壓器內部，從而引發內部絕緣擊穿的嚴重故障。故應特別加強對穿纜式套管將軍帽處密封的檢查及維護。

2)該類型套管接線座、雙封螺母2個部件與下端無緊固鎖定裝置，結構設計存在無防松動措施的設計缺陷，易于造成變壓器進水，新安裝套管不應再采用該結構。

3)對新安裝的220 kV及以上等級變壓器，應嚴格執行反事故措施關于“應核算引流線(含金具)對套管接線柱的作用力，確保不大于套管及接線端子彎曲負荷耐受值”的規定，防止套管受力過大而導致套管故障。

4)在遭受強震及連續較低強度地震后，應對在運變電站的220 kV變壓器套管受力及密封情況開展全面排查，特別是對引線較緊、套管接線柱受力過大的，應引起足夠重視，必要時應安排停電進一步檢查處理，防止類似故障發生。