一起220kV变压器套管发热问题的分析及处理

李新炎

摘要：绝缘套管是电力变压器的重要组件之一，变压器在运行中要长期承受工作电压、负荷电流以及在故障中出现的短时过电压、故障电流的作用，因此对套管的制造、运行、检修和测试都有严格的规定。文章对一起典型的套管故障进行了深入分析以及介绍一些解决办法。

关键词：变压器套管；套管发热；引线头；过流截面；接触电阻

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0134-02

套管是变压器绕组引线引出到变压器箱外的装置，起着引线对地绝缘的作用，又是在硫元件之一，因此应具有规定的电器强度和满足热稳定的要求。而电容式套管是现代变压器超高压侧最普遍使用的。它制造安装工艺的好坏直接影响到变压导导的安全运行。而套管接头发热引起的故障在变压器故障中占了很大的比例。为此，本文通过一起典型的套管接头发热故障进行了探讨、分析，以对同类事故进行总结。

1 故障发现成因分析及危害

2002年12月15日，我们接到变电运行部220kV龙塘变电站值班人员的紧急严重发热缺陷报告，在巡视时发现#2主变220kV侧A相绝缘套管头部的相色漆严重起泡，用红外测温仪测得温度为114℃，此发热故障属于危急热故障，对此我们立即安排了停电检查处理。

电容式套管发热一般可分为外部接头发热故障和内部接头发热故障。外部接头发热故障可发生在两个地方（套管上部结构如图1所示）：一是套管接线掌与外部引接导线的接线掌之间因接触面积不够或加工安装工艺不符合要求（接面加工不平；铜铝不同材料的接头没有经过特殊的加工处理直接连接；连接螺栓接触松动；平垫圈过大、垫与垫之间的间隙不够或直接连通形成闭合磁路引起发热），另外因为此接头在变压器做预防性试验时经常拆接，如果拆接不当引起接线掌变形及在复装过程中不注意清洁检查，有金属毛刺或杂物垫起引起的接触不良引起的。二是导电头（俗称将军帽）的上部圆柱体与套管接线掌上的管型夹件的夹紧螺栓没拧紧或配合不当及加工工艺粗糙引起的。加之外接头装在地处沿海地区的室外，空气中所含的盐分较高，在大自然的作用下对接头的氧化腐蚀更快更严重，这些情况都会引起接触不良，使接触电阻增大，于是接头处通过大电流时就引起发热。高温导致金属氧化物加快，逐渐形成一层氧化膜，氧化膜的增加使得接触电阻越来越大，同时由于金属本身的导电特性，即温度越高，导电率越低，消耗的电能越多，也就引起了温度越来越高，如此反复，形成恶性循环。如不及时发现，最终导致烧断引线造成事故。内部接头发热故障也可发生在两个地方：一是导电头内螺纹与变压器绕组引线接头的螺纹连接处。如果螺纹连接的公差配合因加工工艺不良或安装不当拧紧后形成螺牙单边接触（即象螺线管式的线接触）或导管与变压器绕组引线接头间的定位螺母或定位圆柱销漏装或因运行振动引起送脱导致两者之间的接合不紧固接触不良。二是引线接头与绕组引线间的压接或焊接工艺不良而引起的过流截面不足或者接触电阻过大，从而发生发热故障。

内部故障隐蔽性较高、在电力部门引进红外线热像技术作为温度测试手段前，只有贴示温腊和值班巡视或夜间熄灯检查的肉眼法观测接头变化来判断运行中的热故障。由于上述办法有一定的局限性：白天一般性发热看不出来，受设备的构架、附件遮挡或接头隐蔽处受视线角度限制，往往不易及时发现某些运行中的热故障。因此这种热故障容易长期存在，并不断恶化，并且这种发热故障会使变压器的油温升高，加快变压器油的老化速度，影响变压器本体的运行。因此以上方法不能够及时发现、处理隐患，将造成不必要的损失。

接到故障通知后，为了能更准确和快速地发现发热故障点，缩短检修工作时间，使变压器尽快恢复正常运行，我们再次用红外线热像仪队套管进行了检测。从拍摄下来的图片看发热点最高温度为114℃，最高温度点在导电头的下部。我们却认为是内部接头发热引起的。

根据以上情况我们立即进行了工作准备。配备了新的导电头、引线接头，密封胶圈，储油罐，压榨式滤油机，滤油纸，烘干箱，220kV套管架和适量的备用#25变压器油以及其他备用材料和工具（8吨吊车、钢丝绳、麻绳、套筒扳手、力矩扳手、氧气、乙炔、磷铜焊条、铜丝、焊接工具等）。在办理工作许可手续后，我们首先拆除变压器发热故障套管的外部引线和接通变压器放油阀至压榨式滤油机到储油罐的放油管路，接通滤油机的电源（注意转向是否正确）。关闭变压器本体油枕与油箱本体的门。打开变压器放油阀，打开变压器油箱的瓦斯继电器排气孔，通过滤油机对本体油进行过滤和收集。当变压器本体的油位下降至低于套管升高座时停止排油，关闭放油阀，让滤油机对储油罐内的变压器油进行循环过滤。同时进行套管的起吊工作，由于吊车的起吊速度比较快，在起吊过程中容易发生套管与变压器油箱内附件或者升高座法兰的碰撞、摩擦而损坏套管。所以在吊车吊钩上挂两个手拉链条葫芦，进行人工控制套管起吊的速度和角度的办法。做好起吊准备后，先拆掉导电头与套管的四个密封螺栓，拧下导电头，用Φ12mm的专用螺栓的螺牙端拧到引线头的螺纹上另一端的环孔上，并穿进干净的尼龙绳，在取出定位圆柱销和定位螺母。然后摆正吊车吊臂吊钩位置，在套管法兰盘上的吊环上扣好其吊钢丝绳（此时起吊葫芦的主链要放在最长位置），吊车缓慢地收紧钢丝绳，从纵横两个方向观察吊钩与吊环是否垂直，及时调整摆正。再把套管倾斜角度调节葫芦拉到适当紧度，保持套管的原来角度，拧掉套管安装法兰上的螺栓，用起吊葫芦徐徐吊起。并及时调整套管与升高座轴向的角度，使它们保持一致，尽量避免套管受到磨擦。同时要有人牵住尼龙绳，使绕组引线慢慢落下，当套管末端调离升高座时，将引线头上的尼龙绳解开，并用尼龙薄膜包好引线及升高座法兰孔。

通过对导电头和引线接头的检查，发现发热点在绕组引线接头的压接部位，此接头已严重发热变黑。这是由于压接长度不够和选择的压接方式不当及压接工艺不良引起的严重发热故障。经测量，发现气压接长度不足50mm（引线接头与绕组引线连接长度应该达到100mm以上）。采用的是点压方式（对通过大电流的压接头应该采用六角形围压，使压接头能全身都紧密连接），而且压接工艺不良，没有完全压接到位，只压接到两点。导致接触面不足，接触电阻过大，当大电流通过此接头时导致发热，加快了接触面的氧化，形成恶性循环，最终导致严重发热。

为了保险起见，我们决定采用现场焊接的处理办法。老式变压器套管引线接头的焊接方法是采用锡焊接，当温度达到锡的熔点200℃时，锡开始溶解成焊珠，顺着套内腔落入变压器油箱内。随着变压器油的循环，焊珠可能会造成变压器绕组匝间的短路，也可能造成铁芯的多点接地。其危害性相当严重。所以这次我们采用磷铜焊接的方法，铜的熔点比较高，达到了1080℃，远高于锡的熔点。用此焊接方法不但可以解决接头不牢靠的问题。我们把引线和引线接头的管内打磨光洁后，把引线插入引线和引线接头的管内再用铜线来填充多余的空隙。焊接时把引线接头倒立放置固定。用焊枪对固定部位进行周身均匀加热，待达到焊接温度时，再用磷铜焊条熔入引线接头管内填充焊接，直至填满为止。当焊水冷却凝固时，就可以把引线和引线接头牢固的焊接在一起，足以达到连接要求和抗击安装导线时产生的扭矩，避免松动。经过必要的清洁检查修复包扎处理后，我们将套管重新安装回原位。将变压器油注回变压器，进行排气及外部清洁，在变压器静置24小时后，进行二次排气并观察油位是否正常，随后对进行预防性试验和油样试验，试验合格后，主变重新投入运行。当负荷达到正常时，运行人员对变高套管进行了红外测温，三相运行温度均为30℃左右，运行正常。

2 套管的引线与引线接头的压接配合

引线与引线接头的压接匹配：（1）引线接头管的内径与引线截面要匹配；（2）应按规程规定油足够的压接长度以及保证接触面积和接触质量的良好性；（3）合理选择压接方式，通过大电流的接头，应该采用六角形围压、保证接头周身全接触紧密，接触良好可靠。同时还要注意压缩量，因为变压器的绕组引线多采用多股软铜线，线径越小股数就越多，股与股的缝隙就越多，压缩量就越大，所以此类接头压接时就要比较通常的股数少单股线径大的铜铝绞线的压缩量要加大，才能达到接触良好的

目的。

引线与引线接头的焊接匹配：（1）焊接前应把焊接部位打磨光洁；（2）焊接时要对焊接部位通身均匀的加热，掌握好火候，熔化的磷铜焊水，应从顶部流入，填充满焊水以后还需要在接头外围均匀加热，观察焊水是否减少判断里面的空隙是否全部填满及焊接，以确保接触面积足够和接触良好。

3 结语

为了避免套管发热现象，首先要加强和提高制造及安装工艺水平，避免制造和安装不当造成接触不良，运行人员要加强巡视检查及巡视到位，定期进行红外测温，及时发现缺陷，确保设备正常安全运行。其次在检修过程中要严格按照检修规程的规定，避免因为检修工艺的问题造成再次的事故。

参考文献

[1] 曹晓华.变压器电容型套管接头发热现象分析[J].变压器，2003，（40）.