220 kV主变套管末屏绝缘异常的多状态量综合诊断及处理

段明才，刘赟，李志为，廖胜晖(.国网湖南省电力公司郴州供电分公司，湖南郴州43000；.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙40007)

220 kV主变套管末屏绝缘异常的多状态量综合诊断及处理

段明才1，刘赟2，李志为1，廖胜晖1
(1.国网湖南省电力公司郴州供电分公司，湖南郴州423000；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

本文阐述了一起220 kV主变套管末屏绝缘异常案例的多状态量综合诊断及处理过程，分析了末屏绝缘异常机理及成因，并从设计、制造、监造、验收、运维检修等阶段提出了相关预防措施及建议。

变压器；套管；末屏；异常；多状态量

套管是变压器中一个主要部件，变压器绕组的引线是依靠套管引出箱外的，套管起到绕组引线对地的绝缘、固定和将电流输送到油箱外部的作用。因此它除必须具有足够的电气和机械强度外，还应能经受各种恶劣环境考验及具有满足要求的热稳定性。110 kV及以上套管绝缘结构一般采用电容型，可确保其辐向和轴向场强分布均匀，即在导电杆上包上许多绝缘层，其间根据场强分布特点夹有许多铝箔，以组成一串同心圆柱形电容器。最外层铝箔即末屏，也称为测量端子，通过小套管引出，通过末屏可以测量末屏对地绝缘、介损、电容量、局部放电量等，从而能有效地对变压器健康状况进行监测。末屏在运行中应接地，如果套管末屏接地不良，将在末屏接地不良处形成很高的电压，造成末屏对地放电，甚至造成套管炸裂，严重危及变压器安全运行〔1－4〕。

1 外置式套管末屏结构

变压器套管末屏接地方式大致可分为外置式和内置式，由于本文所涉及的套管末屏为某厂较早的外置式接地结构。

外置式套管末屏通过外部金属软线接地，在套管法兰处有绝缘小瓷套，末屏接地引出线穿过小瓷套通过引线柱(螺杆)引出，引线柱对地绝缘，外部通过接地金属软线与接地部位底座金属相连如图1所示。

图1 末屏图

这种接地方式的特点是可以直观地看到套管末屏接地情况，缺点是外连硬接触若引线柱长度伸出长度和接地外螺纹尺寸配合不当，会造成套管末屏接地不良。另外该末屏引出线与引线柱的连接非焊接，而是采用小螺栓紧固，运行中存在小螺栓松动而引起引出线松脱、断线隐患。

2 末屏绝缘异常诊断分析及处理

2.1 套管基本信息

某220 kV变电站1号主变中压侧A相套管为油纸电容式变压器套管，额定电压110 kV，额定电流1 200 A，额定电容为376 pF，制造日期1980年12月，该套管末屏接地方式为外置式。

2.2 异常情况诊断及分析

1)2016年11月6日，在对1号主变例行试验时，发现中压侧A相套管末屏对地绝缘电阻仅为56MΩ，其不满足规程要求≥1 000MΩ(注意值)，其余相套管试验数据均正常，见表1。

表1 2016年中压侧套管试验数据

2)上次例试时间为2013年10月，其中压侧套管末屏数据均正常，见表2。

表2 2013年中压侧套管试验数据

从表1和表2的数据对比可以看出此次数据与2013年10月数据相比，A，B，C三相套管介损均有所增加，但在满足要求范围内，且电容量变化很小，而1号主变中压侧A相套管末屏对地绝缘电阻下降严重，由2013年的4 500MΩ降至56MΩ。

3)依据文献〔5〕Q/GDW 1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》第5.7.2.3规定:当套管末屏绝缘电阻不能满足要求时，可通过测量末屏介质损耗因数作进一步判断。于2016年11月7日，采用反接不带屏蔽、带屏蔽(导体端)法分别对1号主变中压侧A相套管末屏介损进行测量，测试数据见表3。

表3 中压侧套管末屏试验数据

从表3可以看出测量结果表明，反接不带屏蔽和带屏蔽(导体端)法测试出的1号主变中压A相套管末屏介损分别为1.69%，2.207%，均超过1.5%(注意值)。

4)为了进一步确定缺陷部位，取中压侧A相套管油样进行色谱分析，数据见表4。

表4 套管油色谱数据μL/L

从表4可以看出套管内部无放电性缺陷。

综合1号主变中压侧A相套管末屏对地绝缘电阻、末屏介损及套管油色谱结果，可以判定A相套管主绝缘是合格的，排除套管主绝缘劣化、受潮，因此初步诊断为末屏绝缘不良，可能为以下3种情况:①套管末屏外部绝缘受潮致使主绝缘数据良好，但末屏绝缘数据下降严重；②套管出现密封不良，有少量水分或潮气进入，但尚未侵入套管主绝缘，引起套管末屏绝缘异常〔6〕；③其他末屏内部绝缘不良问题。

2.3 处理情况

2.3.1 接地软线检查

对末屏接地线检查，接地线正常，未有断裂现象，对接地部分的防腐油漆清理干净，测量绝缘电阻基本无变化。

2.3.2 烘烤处理

用抹布蘸丙酮擦拭末屏引出套管外露部分，然后用800W电吹风对准末屏固定座与末屏接线柱之间的缝隙进行热吹风，并且每隔15 min进行1次末屏绝缘电阻测试，掌握其变化规律。经过较长时间的热风干燥，末屏对地绝缘电阻有较大提升，最高达400 MΩ，但当引线柱(螺杆)充分冷却后，绝缘电阻又有较大程度的下降，最低已降至200MΩ，从处理的情况看末屏绝缘有稍微受潮现象，导致末屏绝缘降低，但不是引起末屏绝缘异常的主要原因，并且可以排除套管末屏表面脏污原因。

2.3.3 整体旋转末屏处理

综合上述诊断分析及处理情况，最终诊断为套管末屏引出线较长，引出线弯曲程度最大处与内法兰距离较近，甚至可能搭接，导致末屏对地绝缘下降。

随即对套管末屏进行了整体旋转适当角度处理，具体过程为:

1)松开末屏外部引线柱(螺杆)侧螺帽，断开接地金属软线；

2)用内六角扳手松开末屏底座4个紧固螺栓后，将末屏整体轻轻向外拉出1～2 cm，发现内部引出线较长，超过正常长度2～3 cm，辅助人员迅速用棉布堵住末屏引出线口；

3)拧开末屏外部引线柱(螺杆)侧并帽，将引线柱小距离内推后，小角度旋转引线柱，然后整体将末屏顺时针旋转约180°后，进行复原处理，并抹干油迹；

4)由于套管负压的作用，在旋转套管末屏过程中流出少量变压器油，观察套管顶部油位有少许下降，仍在允许范围内无需补油；

5)处理后对套管进行试验，试验数据正常，末屏对地绝缘电阻超过30 000 MΩ，末屏介损0.28%，套管电容量Cx为361.6 pF，套管介损tgδ为0.236%，满足要求，说明套管末屏在整体旋转过程中，并未引起末屏引出线断裂等现象。

2.3.4 剪线处理

从套管末屏整体旋转处理的结果看，验证了套管末屏对地绝缘异常的综合诊断分析的正确性，原因为末屏引出线较长、引出线弯曲，弯曲程度较大处与内法兰距离较近，甚至可能搭接，导致末屏对地绝缘下降。因此本次将末屏引出线做了适当剪线处理，处理后复原到旋转前状态，试验结果正常。

3 末屏绝缘异常机理及成因

3.1 套管末屏绝缘等效模型

套管末屏对地绝缘部分主要由末屏引出线绝缘、变压器油绝缘、末屏小套管内部、末屏小套管外露部分、空气绝缘等组成，可将末屏绝缘组成部件等效为绝缘电阻，其为并联关系，因此可以得到图2的末屏对地绝缘等效模型，末屏对地绝缘电阻等值按式(1)计算:

当式(1)中的R2阻值变小时，其他电阻假设不变，那么总的绝缘电阻也将变小，这类似于木桶原理，即末屏绝缘电阻的大小，取决于最薄弱处的绝缘电阻大小。

图2 末屏绝缘等效模型

3.2 原因分析

从末屏试验及相关的处理情况来看，本案例中末屏对地绝缘电阻异常的原因主要有:

1)末屏绝缘有轻微受潮。采用电吹风烘烤末屏绝缘表面潮气，绝缘电阻并为呈稳定增长趋势，而是出现了加热增长，冷却后下降现象，即由加热最高达400 MΩ，但当引线柱(螺杆)充分冷却后，绝缘电阻又有较大程度的下降，最低已降至200 MΩ并基本稳定，由原来的56MΩ提高到200MΩ，说明末屏绝缘有轻微受潮，导致末屏绝缘下降。另外末屏密封件密封性能有所下降，从现场检查来看，末屏底座的密封圈有老化现象。但这并不是引起末屏绝缘下降的主因。

2)末屏引出线与内法兰距离较近。由于末屏引出线与内法兰距离较近，使得末屏绝缘等效模型中的电阻R2变小(研究表明导体通过变压器油与地绝缘，导体绝缘电阻的大小与地之间的距离近似呈线性关系)，那么末屏对地绝缘电阻R也将变小，增大末屏引出线与内法兰之间的距离，则末屏对地绝缘电阻R也将增大。

导致末屏引出线与内法兰距离较近原因:

1)可能是在2013年对1号主变中压侧A相套管末屏对地绝缘电阻测试合格后(拆开了接地金属线靠引线柱侧螺栓)，恢复所拆接地金属线时可能引起末屏内部引出线也跟着同时转动，导致小套管内部引出线弯曲部分与中间法兰距离不够，可能局部已搭接至内法兰；

2)末屏引出线长度较长，电容芯子与引线柱之间的引出线存在弯曲，为套管末屏引出线与内法兰距离较近提供条件；

3)可能电容芯子接地屏引出至小套管内部引线柱的焊点偏离引出孔位置〔7〕；

4)该末屏引出线与引线柱的连接为小螺栓固定式，非焊接，引出线并未在引线柱的中间位置。

整体旋转末屏180°后，使末屏引出线弯曲程度最大部位与内法兰之间的距离增大，从而增大了末屏对地绝缘电阻。末屏内部情况见图3。

图3 屏内部示意图

值得强调的是整体旋转末屏法建议只能作为问题排查的一种方法，不能作为最终处理方式，以免引起引出线因旋转而受扭力使焊接部分断裂或导致紧固小螺栓松动而断线。

4 预防措施及建议

为预防类似末屏绝缘异常情况的出现，下面从设计、制造、监造、验收、运维检修等阶段提出了相关的预防措施及建议:

4.1 设计阶段

由于该变压器套管末屏制造日期为1980年，为某厂早期老旧型套管末屏，末屏引出线与引线柱的连接为小螺栓紧固，在设计上存在缺陷，容易使引出线偏离引线柱的中心，另外也容易引起引出线松动而悬浮，建议采用焊接式连接方式。

4.2 制造阶段

厂家在套管制造时，应严格按照变压器制造标准工艺要求，确保电容芯子接地屏引出至小套管内部引线柱的焊点未偏离引出孔位置；同时为便于套管末屏更换，厂家在制造阶段会将末屏引出线预留一定长度，但不能预留过长，以免引出线最大弯曲处与内法兰距离较近而造成末屏绝缘电阻异常。

4.3 监造阶段

在套管出厂监造阶段，监造人员应仔细检查套管末屏引出线的连接形式、引出线的预留长度及引出线至电容芯子的焊点是否偏离引出孔位置等。

4.4 验收阶段

1)验收人员应严格按照验收标准要求对套管末屏进行验收，检查末屏接地金属线接地是否可靠、外观是否正常、有无开裂痕迹等，确保末屏隐患及时发现，杜绝变压器带病投运。

2)在交接试验时，建议开展末屏电容测量，便于运维检修阶段通过比对初始值发现异常。

4.5 运维检修阶段

1)严格按照文献〔5〕相关要求，开展变压器及相关附件的交接、例试日常巡视及带电检测工作。

2)在对变压器套管末屏进行试验和检查过程中，要注意避免对接地金属软线拆卸可能会导致末屏内部引出线脱落或引线柱转动使末屏引出线弯曲部位与内法兰距离较近，导致末屏绝缘异常，建议应用专用工具进行拆装。

3)对套管法兰和变压器进行防腐过程中，应对末屏小瓷套、末屏底座、接地金属软线采取保护性措施，避免油漆喷到小瓷套上面，若喷到应立即采用丙酮、无水乙醇进行清洗。

4)建议高压套管末屏接地处金属部位不应喷漆，已经喷漆的金属表面也不能进行工艺处理，避免导致末屏接触不良。

5)末屏绝缘异常的诊断分析应结合末屏的多状态量，如末屏介损、电容量、油色谱等，以实际检查处理情况进行精确定位及综合诊断分析。

5 小结

本文依据变压器套管末屏的多状态量，如末屏对地绝缘、末屏介损、电容量、油色谱结果等，采用了烘烤、旋转末屏、剪线等处理，成功诊断并处理了这起因套管末屏引出线与内法兰距离较近而引起末屏绝缘异常的案例，处理后的试验结果验证了诊断过程及处理方法的正确性和实用性，并提出了设计、制造、监造、验收、运维检修阶段的预防措施及建议，为变压器套管末屏类似问题的诊断及处理提供参考。

〔1〕戴庆华，漆铭钧，雷红才.电力设备技术监督典型案例:变压器类设备〔M〕.北京:中国电力出版社，2016.

〔2〕苏冬河.110 kV变电站高压侧套管末屏绝缘电阻低缺陷原因分析〔J〕.农村电气化，2016(05):31-32.

〔3〕申琦，姚军.220 kV变压器套管末屏缺陷分析及其预防措施〔J〕.安徽电力，2012，(01):20-23.

〔4〕赵璐，项旭杨，姚红伟.常接地结构的高压套管末屏接地故障原因分析〔J〕.华东电力，2014(08):1586-1588.

〔5〕国家电网公司.输变电设备状态检修试验规程:Q/GDW1168—2013〔S〕.北京:中国电力出版社，2014.

〔6〕陈润晶，王世阁.油浸电容式套管末屏故障分析及处理〔J〕.变压器，2009(03):63-68.

〔7〕钟家喜.雷诺尔套管末屏绝缘不良的分析与处理〔J〕.高压电器，2005(04):315-317.

Many State Com prehensive Diagnosis and Treatment of Bushing Tap Insulation Resistance Abnormality of 220 kV Main Transformer

DUAN Mingcai1，LIU Yun2，LIZhiwei1，LIAO Shenghui1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper expounds a many state comprehensive diagnosis and treatment process of a case of the 220kV main transformer bushing tap insulation abnormality.It analyzes the mechanism and causes of tap insulation abnormality，and puts forward related preventive measures and suggestions in these phases of design，manufacture，supervision，acceptance and operationmaintenance.

voltage transformer；bushing；tap；abnormality；many state

TM407

B

1008-0198(2017)03-0072-04

段明才(1985)，男，湖南郴州人，工程师，硕士，主要从事变电一次设备检修。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.020

2016-12-08 改回日期:2017-02-22