变压器套管受潮缺陷分析

袁浚峰,熊玉刚,冀 辉,常寿洋,阴丽美

(国网河北省电力有限公司衡水供电分公司,河北 衡水 053000)

高压套管长期处于全电压、大电流环境下运行,由于介质特性复杂,局部放电、介质发热等问题比较突出[1]。近年来,变压器套管事故频发,对变压器造成不同程度的损坏[2-3],套管故障已成为引起变压器故障的主要原因。因此,文中通过对一起变压器套管受潮典型案例的分析,提出整改措施,为套管受潮故障检测与诊断提供一定的理论与试验基础。

1 概述

2019年5月,某110 k V 变电站2号主变压器进行试验时,发现该变压器高压侧W 相套管电容量及介质损耗因数均严重超标,查看该套管历史试验数据均在合格范围内,故对该变压器深入检测及分析,利用油色谱、高压试验、解体等手段找出故障原因。

2 原因分析

2.1 试验数据分析

2.1.1 油色谱及微水试验

分析该套管现场和历史试验数据,认为该套管进水可能性较大,故对该变压器高压侧W 相套管绝缘油进行试验,试验数据如表1所示。发现绝缘油中微水含量45.6 mg/L,超过注意值35 mg/L,而2013年这2 项试验数据正常,初步判断,2013年后设备内部存在一定程度的受潮,同时出现微量乙炔,可能存在高能量密度的电弧放电。

表1 套管油色谱及微水试验数据 μL/L

2.1.2 介质损耗因数及电容量试验

Q/GDW 1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》规定:套管电容量初值差不超过±5%(警示值),110 k V 电压等级的高压套管的tanδ 不大于0.01(注意值)。

2019年5月23日,对2号主变压器110 k V侧W 相套管进行介质损耗因数及电容量测试,试验数据见表2。介质损耗因数为1.499%,超过标准规定的0.01,电容量为302.1 p F,比铭牌电容值276 p F增长了9.46%,超过标准规定的5%,由此可知,套管内部存在受潮,且电容层存在击穿现象。

表2 套管介质损耗因数及电容量数据

结合油色谱和微水试验,认为套管密封不良导致套管内部与空气连通,套管内绝缘油严重受潮,介质损耗升高;同时套管内电容屏部分击穿或短路,造成电容量变大。

为进一步明确超标原因,对该相套管进行换油处理。换油后重新测试,套管介质损耗及电容量无明显变化。由此可知,套管绝缘油并不是导致介质损耗及电容量超标的主要原因。

2.2 解体检查情况

为更深入的查找缺陷原因,对该套管进行解体检查及逐层绝缘试验,解体检查过程如下。

2.2.1 拆除将军帽

拆除将军帽,发现将军帽下部胶垫处有锈蚀,同一位置相应弹簧处有锈蚀附着物,结合微水试验数据,将军帽内曾有微量水分进入该处存留。同时,根据缺陷发现时套管油位正常,说明将军帽内微量水分从胶垫处进入,如图1所示。

2.2.2 移除瓷套等部件

依次拆除外护套等部件外观检查良好,套管末屏处、外层绝缘纸及电容芯底部未发现异常现象。

图1 将军帽

2.2.3 切剥电容屏并试验

为深入确定缺陷位置,从末屏开始依次切剥,并对套管电容芯进行绝缘电阻及介质损耗因数试验,数据见表3。通过数据分析发现介质损耗因数随电容屏的逐层剥离呈上升趋势,直至第19层电容屏至套管电容芯间的绝缘试验时,发现其绝缘电阻值为0,可判定为第19层电容屏至套管电容芯间绝缘已被击穿。通过图2套管电容芯底部放电痕迹所示,第19层电容屏至套管电容芯间绝缘纸和电容屏已全部击穿,套管电容芯底部严重灼伤。

表3 各电容层介质损耗因数及电容量数据

图2 套管电容芯底部放电痕迹

2号主变压器W 相套管解体后电容层介质损耗因数见图3,第9层电容屏至套管电容芯间介质损耗因数大于注意值0.01,且随着电容屏的层数增加而逐渐增加,故随电容屏至套管电容芯距离越小而越大,靠近电容芯最近的第18层电容屏至套管电容芯间介质损耗因数最大。

图3 2号主变压器W 相套管解体后电容层介质损耗因数

综上所述,缺陷形成主要原因是将军帽密封不严导致潮气进入,逐渐锈蚀将军帽底部。由于重力作用,水气沿着套管逐渐下沉,直至最底部。第20层电容屏与套管电容芯间的电压约为3 k V,随着水汽的累积,绝缘纸吸附水分的增加,耐压强度逐渐变小,最终产生放电。解体中发现,电容屏出现多处褶皱,缠绕工艺不良,特别是在底部边缘处,褶皱的电容屏造成电场分布不均,更易发生放电。因此,在该处局部放电加剧、温度升高,形成恶性循环,最终击穿部分电容屏和绝缘纸,导致电容量和介质损耗升高。

3 整改措施及建议

a.严把出厂关,加强套管制造质量管理,细化工艺控制,严格把关每个环节。

b.将套管油中水分检测列为例行试验必选项目。

c.加强变压器套管带电测试,对油中溶解气体增长趋势明显的套管进行高频局部放电,相对介质损耗、相对电容量测试及红外精确测温工作,进一步积累数据,并注重数据变化趋势的分析,运用纵横比较法、显著性差异分析法进行综合分析。

d.结合例行停电检修,严查变压器套管将军帽,重点关注将军帽安装精度和部件老化问题。

e.将将军帽密封不严导致套管受潮作为典型问题继续进行挖掘分析。

4 结束语

套管受潮严重威胁变压器的稳定运行,因此应加以重视,灵活运用多种手段对变压器进行综合分析,充分积累经验,并做相应记录,减少套管受潮对变压器的危害,提高电网运行的可靠性。同时,利用高压试验研究了末屏至套管电容芯之间的绝缘性能,得出了随电容屏距电容芯的距离越近介质损耗因数及其增量越大的规律,逐渐累积导致放电、灼伤套管电容芯的经验,为变压器套管受潮故障检测与诊断提供参考。