110 kV穿墻套管末屏引出端發(fā)熱分析

屠聰為，鄭學(xué)斌

(國網(wǎng)上海市電力公司超高壓分公司，上海 200063)

高壓穿墻套管是電網(wǎng)中常用的重要電氣設(shè)備之一，它能使帶有高電壓和強大電流的導(dǎo)線安全地穿過墻壁、接地箱壁和金屬外殼，與其他高壓電氣設(shè)備相連接，其不但作為引線對地絕緣，而且擔(dān)負(fù)著固定引線的作用[1-2]。

穿墻套管發(fā)熱會加速其絕緣老化，一旦絕緣被破壞，就可能發(fā)生輝光、電暈、火花和電弧等放電形式，最終發(fā)生擊穿，造成運行故障[3]。

本文針對一個穿墻套管末屏的電壓致熱型缺陷進行診斷分析，首先采用紅外測溫等方法確定了設(shè)備缺陷位置，然后通過解體分析了缺陷產(chǎn)生的原因，可為類似設(shè)備的發(fā)熱處理提供參考。

1 缺陷概述

2020年11月30日，運維人員在對220 kV某站1號主變110 kV穿墻套管進行紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)C相末屏存在異常熱點，溫度為16.4 ℃，比A相末屏相同位置處高出4.7 ℃，比B相末屏相同位置處高出2.8 ℃。

穿墻套管紅外測溫圖如表1所示。從表1可以看出，發(fā)熱位置為C相末屏引出端。

表1 220 kV某站1號主變110 kV穿墻套管紅外測溫情況

2 穿墻套管及末屏分析

穿墻套管是安裝在變電站配電室等建筑物墻體或屋頂上的套管，是連接戶內(nèi)和戶外電氣設(shè)備的一種高壓電器設(shè)備，供導(dǎo)電部分穿過隔板、墻壁或其他接地物，起到絕緣支撐和外部導(dǎo)線間固定連接的作用。

對于110 kV及以上的穿墻套管，為了使徑向和軸向場強均勻，其絕緣結(jié)構(gòu)采用電容型，即在導(dǎo)電體上包覆上由許多絕緣層構(gòu)成的密集絕緣，其間根據(jù)場強分布特點夾有許多鋁箔以組成一串同心圓柱型電容器。該發(fā)熱穿墻套管為環(huán)氧樹脂浸紙電容式戶內(nèi)/戶外穿墻套管，參數(shù)如表2所示。

表2 穿墻套管參數(shù)

該發(fā)熱穿墻套管結(jié)構(gòu)如圖1所示。該套管由導(dǎo)電體、電容芯體、戶內(nèi)瓷套、戶外硅橡膠傘套、環(huán)氧樹脂玻纖膠、鋁法蘭等主要部件組成。產(chǎn)品兩端為接線板和底座。套管為機械固定的全密封結(jié)構(gòu)，其與內(nèi)外界接觸的主要零部件之間襯以橡膠墊。該型號穿墻套管具有抗污穢能力強的優(yōu)點。

圖1 穿墻套管結(jié)構(gòu)

套管末屏接地引出線穿過小套管通過引線柱引出，引線柱對地絕緣。引線柱外加罩金屬接地帽，通過頂針使末屏引線和接地帽緊密連接，以起到接地的效果，接地帽直接接地，如圖2所示。

圖2 末屏剖面圖

在進行局部放電和介質(zhì)損耗因數(shù)測量時，將接地帽打開使用，正常運行時必須與接地帽同時接地。

3 發(fā)熱分析

由于穿墻套管的額定電流均大于主變壓器額定電流，導(dǎo)電體直徑均能滿足載流量要求，因此一般不應(yīng)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象[4]。

根據(jù)圖1紅外熱像及DL/T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》[5]，判斷該穿墻套管C相為電壓致熱型缺陷。

電壓致熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)如表3所示。

表3 電壓致熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)

根絕相對溫差計算公式[5-7]，計算兩個對應(yīng)測點之間的溫度與其中較熱點的溫升之比的百分?jǐn)?shù)，即：

(1)

式中τ1，T1——發(fā)熱點的溫升和溫度；τ2，T2——正常相對應(yīng)點的溫升和溫度；T0——被測設(shè)備區(qū)域的環(huán)境溫度。

由式(1)計算得C相與A相的相對溫差為73.4%。該穿墻套管的發(fā)熱缺陷為嚴(yán)重缺陷。

該站的110 kV穿墻套管為半戶內(nèi)敞開式，上方裝有頂棚，如圖3所示。可見由于灰塵等臟污無法借助雨水沖走，穿墻套管上方有明顯積灰，這可能會造成該穿墻套管發(fā)熱。

圖3 110 kV穿墻套管環(huán)境

檢修人員對穿墻套管進行解體分析，結(jié)果如圖4所示。可見隨著運行時間的推移，穿墻套管存在明顯的劣化、污穢現(xiàn)象：末屏有明顯臟污，接地帽外螺紋有明顯銹蝕，和底座接觸不良；墊片中度變形，引起與引線柱間的接觸不良，破壞了末屏的密封結(jié)構(gòu)。其中，C相防水介質(zhì)已消失，防水效果下降，內(nèi)部有積水。

圖4 末屏解體圖

由解體結(jié)果可知，該末屏的接地已被破壞，末屏對地形成一個電容，而這個電容遠(yuǎn)小于套管本身的電容。按照電容串聯(lián)原理，將在末屏與大地之間分布很高的懸浮電壓，造成末屏發(fā)熱。因此判斷，該穿墻套管末屏發(fā)熱的根本原因就是運行中末屏接地不良。

最后，檢修人員對穿墻套管進行更換并噴涂室溫硫化硅橡膠(RTV)防污閃涂料，投運后發(fā)熱情況消除。

4 結(jié)語

電壓致熱型缺陷是由于內(nèi)部絕緣裝置的異常、電壓的不正常分布、電流的泄漏等原因造成的，在該故障的早期階段如果使用傳統(tǒng)的檢測技術(shù)是很難發(fā)現(xiàn)的[8]。電壓致熱型缺陷會造成惡性循環(huán)，發(fā)展速度較快，容易導(dǎo)致爆炸事故，造成周圍設(shè)備損壞，甚至危及巡視人員的安全，必須高度重視，作為檢測的重點[9]。

基于對本發(fā)熱缺陷的分析，提出以下運維建議。

(1)運維人員在巡視設(shè)備時，除其他應(yīng)巡視項目外，還需重點關(guān)注穿墻套管的臟污情況、末屏處有無異常放電情況等。對有缺陷的穿墻套管，在排除隱患之前不應(yīng)投入運行。

(2)檢查全市所有該廠家生產(chǎn)的穿墻套管的發(fā)熱情況，對可能出現(xiàn)電壓型致熱的穿墻套管進行停電檢修。

(3)加強對運維、檢修人員的紅外檢測培訓(xùn)工作，不僅要學(xué)會使用儀器，還要明確檢查重點，有針對性地對變電站設(shè)備進行檢查，提高檢測人員技術(shù)水平。

(4)半戶內(nèi)敞開式穿墻套管較戶外敞開式穿墻套管更易積污，進而導(dǎo)致發(fā)熱，因此應(yīng)對半戶內(nèi)敞開式穿墻套管進行統(tǒng)計匯總，紅外測溫時應(yīng)注意多角度、全方位測溫。