110 kV 主变套管末屏放电故障分析

2019-04-11余海泳

科技与创新 2019年6期

余海泳

（国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建福州 350009）

变压器套管是将变压器绕组引线连接到油箱外部的出线装备，它是变压器最重要辅件之一，同时，也是变压器故障率最高的辅件。变压器套管常见的故障有套管接头发热、套管介质损耗因数超过注意值、套管电容量超过注意值、套管末屏接地不良等[1-3]，其中末屏接地不良是最为常见的套管隐患。运行中的高压套管承载着高电压、大电流，一旦发生故障，容易爆炸损毁，甚至危及周围辅件及整台变压器。因此，加强对主变套管的巡视、检修、试验和管理，及时排查隐患并采取防范措施具有重要意义。

1 油纸电容式套管的结构

目前，110 kV 及以上电力变压器高压引线的引出大都使用油纸电容式套管。油纸电容式套管是由接线端子、均压罩、上节瓷套、下节瓷套、电容芯子、中间安装法兰、储油柜、尾部的均压球和测量端子等组成，结构如图1 所示。电容式套管的内绝缘是电容式结构，以高压电缆和导电铝箔组成油纸电容芯子。在套管中心，铜导电管处于额定电压点位，而其最外侧接近接地法兰处是地电位，通过接地套管引出接地，电位必须由中心的高电位降低到最外侧的地电位。在中间接地法兰布了测量端子或电压抽头。测量端子是从电容芯子最外层电容屏通过绝缘套管引出的，该层电容屏主要用来测量电容套管的介质损耗因数和电容量。电压抽头和测量端子的不同是从套管的最外第二层屏通过绝缘套管引出的，其对地电容比较大，可以输出一定功率。无论是测量端子还是电压抽头，其对地电容相对套管的主电容来说是比较小的。因此，在套管运行带电时，该端子必须接地以保证套管安全运行。与此端子相连接的电容屏常称为末屏或地屏。套管运行中，如果末屏不慎开路，将在末屏与地电位之间形成很高的悬浮电位，造成末屏对地间歇性放电，烧坏周围的绝缘介质，严重的还会引起套管爆炸。为了防止末屏接地不良产生悬浮电位放电，在运行时必须保证末屏可靠接地[4]。

2 故障情况

某110 kV 变压器使用某厂生产的COT550-800 型号套管，额定电压110 kV，额定电流800 A，2004-11 出厂，2005-08投运。2006—2011 年进行了3 次例行检修试验，110 kV B相套管的历年电气试验数据如表1 所示。

分析表1 的数据可知，2009-08-19 例检时该套管的介损值相对于其他三相相对变化率明显偏大，其绝对值接近运行中110 kV 套管介质损耗正切值注意值1.0%.当时因不具备油中溶解气体分析条件，因此，未开展相关诊断试验。例检结束送电后加强了红外测温，未发现异常[4]。

图1 油浸纸绝缘电容式套管末屏装置

表1 B 相套管历年电气试验数据

从表1 可知，2011-07-12 该台主变停电例行试验时，110 kV B 相套管的介损与2009-08 例检试验数据基本一致。同时开展了油中溶解气体分析诊断性试验，数据如表2 所示，发现B 相套管乙炔远超注意值2 μL/L，氢气及总烃均异常偏高。根据GB/T7252—2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则，三比值编码组合为201[5]，结合电气试验数据初步分析怀疑B 相套管可能存在低能量放电故障，怀疑套管内部存在不同电位间油中火花放电或悬浮电位放电。

表2 B 相套管油中溶解气体分析数据（单位：μL/L）

3 解体检查及分析

2011-07 随即对该套管进行了更换并解体检查，外观检查未发现异常。在解体后发现套管末屏引线与引线管内壁均明显有碳黑，如图2 所示。末屏引线头处切面平整没有焊锡。用100 倍显微镜观察末屏接线管内壁、末屏接线表面等部位，发现末屏接线管内壁内部和末屏接线表面有积碳，如图3 所示。末屏接线末端切面平整没有焊锡。

图2 套管末屏接线端表面有碳黑

图3 末屏接线管内壁积碳

综合分析认为该套管在制造时末屏引线与引线管之间的焊接工艺存在缺陷，焊接不完整，存在虚焊或接触不良，在运行中产生较高的悬浮电位，悬浮电位导致末屏接线对引线管内壁间歇性的火花放电，不断破坏内壁和连接线。对套管而言，末屏放电导致末屏接地柱温度升高，热量传导至套管内部导致绝缘油气化，产生大量乙炔及氢气等特征气体。由于发现及时，虽然乙炔含量已经较大，但套管电气绝缘性能未显著劣化，因此未造成严重后果。