一起110 kV主變壓器套管受潮導致的故障分析

李 林，廖文龍，鄧 勇

(1.國網四川省電力公司德陽供電公司，四川 德陽 618000；2.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

高壓套管是電力變壓器重要組件，主要用于固定引線和提供絕緣支撐，在運行中長期承受工作電壓和電流，同時還要承受各種過電壓及短路沖擊電流，其運行環境非常惡劣[1-2]。一旦套管爆炸故障，易引起變壓器擊穿，造成嚴重的損傷，往往需要變壓器返廠大修，耗費較大的經濟和時間成本[3]。隨著運行檢修經驗的積累，變壓器套管密封問題已是變壓器安全運行的巨大隱患。如果密封失效，雨水將進入套管內部，或者沿著套管銅導管中的引線滲入變壓器內部，從而威脅到變壓器安全運行[4]。

某日，110 kV某變電站1號主變壓器場地發生爆炸聲響，主控后臺發出1號主變壓器兩側斷路器跳閘，本體輕重瓦斯動作、壓力釋放器動作信號。巡視檢查，發現1號主變壓器110 kV側C相套管爆炸，1號主變壓器本體起火、大蓋嚴重噴油。該變壓器型號為SZ9-40000/110，高壓側套管為油紙電容式變壓器套管，型號為BRDLW-110/630-3，1999年5月生產，2000年4月投運。

下面通過故障后油色譜分析、套管檢查，詳細分析了造成故障的原因，并針對該故障提出了相應的整改措施。

1 故障檢查

1號主變壓器110 kV側3只套管已炸裂，其中110 kV側C相套管燒損最為嚴重，并被沖至地面。圖1從左至右分別是A、B、C相套管，B相套管靠近C相的瓷套破裂，靠近A相瓷套還殘留一部分，說明B相套管受到來自C相套管的沖擊力。同時，檢查1號主變壓器110 kV側引線，發現B、C相引線線夾斷裂，A相引線線夾完好。

圖1 主變壓器燒損情況

檢查1號主變壓器110 kV C相套管瓷瓶，發現瓷瓶內部上端區域有明顯圓形放電區域和長條形放電痕跡(由上至下部末屏接地處)，如圖2所示。經測量，放電點為位于距套管頂部儲油柜33 cm處，半徑為5 cm的圓形區域，該放電區域恰好位于套管電容屏零屏與1屏之間。

圖2 套管放電痕跡

故障后，對變壓器本體油進行取樣分析，油色譜分析結果如表1所示。

2 故障原因分析

2.1 油色譜分析

從表1可以看出，變壓器本體中C2H2含量為43.87 μL/L(注意值為5 μL/L)，H2含量為177.73 μL/L(注意值為150 μL/L)，總烴含量為373.89 μL/L(注意值為150 μL/L)，三比值為101，按照GB/T 7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中的故障類型判斷可知，其故障類型為低能放電[5]。如果1號主變壓器本體內部故障導致套管爆炸，C2H2與總烴含量一定會超標很多，低能放電不會引起套管的爆炸，并且主變壓器著火被撲滅后取的油樣分析，其結果會受到一定程度的干擾，因此可以排除主變壓器內部故障原因。

表1 油色譜數據

2.2 套管缺油分析

1號主變壓器發生故障，110 kV側C相套管被炸飛至地面，第2天檢查發現，套管儲油柜內仍有大量變壓器油。對套管儲油柜進行解體，發現壓緊彈簧上仍有被變壓器油浸泡過的痕跡，說明故障前套管儲油柜是有油的，可以排除套管缺油的可能。另外套管為直立式，可以排除假油位的可能。

爆炸前20日，變電站內有檢修工作，檢查了1號主變壓器本體、有載及套管油位，發現外部無滲漏油現象，油位均在正常范圍內。

綜上所述，可以排除套管缺油的可能性。

2.3 末屏接地不良分析

假如末屏接地不良，末屏對地會形成一個電容，而這個電容遠小于套管本身的電容，按照電容串聯的原理，將在末屏與地之間形成很高的懸浮電位，造成末屏對地放電，燒毀附件的物體。對故障套管解體發現，末屏接地外觀良好，接地螺帽未發現高溫燒結痕跡，同時，套管內部放電區域也不在末屏附近，可以排除套管末屏接地不良導致套管故障的可能性。

2.4 套管進水受潮分析

對1號主變壓器三相套管的注油孔進行了檢查。發現注油孔膠墊有破損，如圖3所示。推測套管因進水受潮發生炸裂。

圖3 C相套管解體

因該站2號主變壓器套管與1號主變壓器套管為同一批次產品，利用停電機會對2號主變壓器套管進行了檢查。在對套管取油樣前，檢查套管注油孔膠墊密封情況。注油孔螺絲緊固，說明上次取油樣時，注油孔螺絲正確恢復。擰開螺絲，檢查內部膠墊及密封情況，發現O相套管膠墊老化，內部有進水受潮的痕跡，A相套管內部正常無進水痕跡，C相套管內部有受潮情況，檢查情況如圖4所示。現場對注油孔膠墊進行了更換。

圖4 2號主變壓器套管檢查情況

通過對故障套管同一批次套管進行檢查，證明了所做推斷：110 kV套管爆炸的原因是套管注油孔膠墊存在質量缺陷，易老化變形，從而導致套管進水受潮。

同一時期該廠家套管發生的類似故障有：東北地區某500 kV電容套管在爆炸前兩個月剛剛進行過檢修試驗；某電廠電容套管試驗后半年發生爆炸事故；安徽一臺變壓器套管在年度檢修時發現產品介質損耗變大，已進水受潮，解體后發現儲油柜油塞也有進水的痕跡。上述故障均為套管儲油柜注油孔膠墊質量缺陷所致。

當套管儲油柜注油孔膠墊老化引起密封不嚴，水分進入套管儲油柜，會順著導電桿流下，在零屏與1屏之間積聚，導致絕緣狀況劣化，產生局部放電致零屏與1屏之間電容擊穿，在套管內部留下放電痕跡，如圖5所示。

圖5 套管放電

套管注油孔結構如圖6所示，由定位塊固定膠墊，外部利用螺塞旋轉壓緊定位塊下方膠墊實現套管內部的密封。圖6(b)中套管注油孔定位塊結構為與故障套管同一批次產品的結構，膠墊為壓縮后的狀態，其厚度為2.9 mm，定位塊正常壓緊后剩余間隙為2.44 mm，而膠墊被壓緊后的厚度為2.4 mm，說明螺塞已壓緊定位塊，并有0.04 mm的裕量。膠墊被壓縮了17%，而膠墊壓縮量控制在30%左右才能起到較好的密封效果，說明該批膠墊已老化變形，壓縮量減小，密封性能變差。

圖6 套管注油孔結構

3 結 論

根據上述分析，該變壓器起火主要是套管注油孔膠墊老化變形、壓縮量減小、密封失效引起。套管故障現象為套管零屏與1屏之間電容擊穿，在套管瓷套內部中導電管對地貫穿性放電。

為了保證變壓器安全運行，提出以下措施：套管每次取油樣和注油后必須更換取樣口和注油口的密封墊并涂厭氧膠；同時加強紅外測溫在套管故障診斷中的應用。紅外熱成像檢測方法可以有效檢查變壓器套管在運行條件下的各種熱缺陷和故障。一般可以檢出3類缺陷：一是因其絕緣不良而使介損增大；二是套管引出線連接不良，造成接觸電阻增大引起將軍帽局部發熱；三是因套管泄露(內漏和外漏)或注油未排氣而造成缺油現象。