一起主变35kV进线侧穿墙套管故障的分析

国网苏州供电公司 钱苏华 夏 东

高压套管是电力系统中广泛使用的一种重要电器，它能使高压导线安全地穿过接地墙壁或箱盖与其他电气设备相连接[1]，因此高压套管具有电气绝缘以及机械固定的双重作用[2]。高压套管的种类较多，按结构特点和主要绝缘介质不同，可分为单一绝缘材料套管（包括纯瓷套管、树脂套管）、复合绝缘套管（包括充油套管、充气套管）和电容式套管（包括油纸电容式套管、胶纸电容式套管）三类[3-4]。

由于高压套管的工作条件较为严苛，因此随着运行时间的增加，常由于逐渐劣化以及损坏等原因导致电网事故，危害电网安全稳定运行，因此必须对加强对套管类设备的日常巡视及维护。本文通过对一起主变35kV 进线侧穿墙套管故障的分析，为穿墙套管类缺陷的处理与预防提供了经验，同时对提高穿墙套管运行可靠性和保证电网的安全运行可靠运行具有一定的参考意义。

1 故障情况描述

2021年5月13日17时47分，某供电公司检修人员收到通知：某变电站315列电线有单相接地，现场观察其中有一相套管烧黑。有关部门立即组织抢修人员赶赴现场，现场检查后发现，该变电站1号主变315列电线穿墙套管B 相上方墙面有明显灼烧痕迹，如图1。该B 相穿墙套管型号为CG11-35/1250-3，生产产家为北京伏安电气公司，电容量为113pf，出厂日期为2000年9月，投运日期为2000年12月。

图1 灼烧痕迹图

检修人员到达现场后对315列电线穿墙套管试验，判定设备不合格无法投运。将损毁的穿墙套管取下后，发现B 相穿墙套管末屏严重放电（图2），并伴有刺激性味道，表明套管内部已严重放电，且末屏盖已不见。正常的套管底部末屏应通过末屏盖良好接地，如图3所示。对备品穿墙套管进行交接试验并安装。5月14日6点45分送电完成恢复运行。

图2 末屏严重放电图

图3 末屏接地情况图

2 故障原因分析

2.1 穿墙套管的基本结构

本次故障套管为CG 型干式橡胶穿墙套管，由电容芯子、刚性有机绝缘外壳、硅橡胶外护套、中间法兰、高压电极等组成，省去了两端支撑用的支柱绝缘子。套管的内绝缘为电容芯子，由绝缘带和铝箔交替缠绕组成同心圆柱形串联电抗器[5]。由于该套管为电容型设备，电容芯子的最外层铝箔即末屏由小套管引出，通过该测量端即可对套管的的介质损耗及电容量进行测量，末屏在运行时应可靠接地[6]。

由图4可知，电容型套管采用电容屏串联的方式将高压层层降低至地电位，其测量端与电容芯子的末屏相连并接地。可以通过在测量端进行绝缘及介损试验确定内部电容芯子绝缘是否完好。针对本次故障报单相接地，结合现场设备损坏情况，初步判断该次故障为内部电容芯子击穿后对地放电。为了验证此判断对该组套管进行了诊断性试验。

图4 电容型套管结构图

2.2 诊断性试验

停电状态下试验人员对三相穿墙套管进行了诊断试验。由表1可见，三相套管中B 相绝缘为0，而A、C 两相分别为18900MΩ、21500MΩ。同时，使用AI-6000E 自动抗干扰精密介质损耗测量仪正接法下对各相套管进行介质损耗因数测量。测量得到A、C 两相介质损耗因数分别为0.716%、0.684%，电容量分别为113.9pF、113.6pF，与铭牌标识误差为0.79%、0.53%。而B 相无法进行加压试验，其电容值测量后也同样为0。

表1 三相套管诊断性试验数据

根据Q/GDW1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》，电容型套管绝缘电阻值不得小于10000MΩ，电容量初值差不得大于±5%，可知A、C 两相均满足要求，而B 相显然已无法满足规程要求。由该试验数据可以确定，B 相穿墙套管内部发生了电容芯子的击穿故障，验证了上述判断。

3 故障设备解体检查及预防措施

查看相关历史资料，可知该组套管运行时间已达20年。随着密封材料的老化及损伤，其末屏密封性能大幅下降，导致水汽通过末屏盖隙缝处及末屏固定螺栓处进入末屏内部（图5）。日积月累下电容屏内部浸有大量水分，使得介质绝缘强度下降，高压作用下致使电容屏逐级击穿并放电，引起接地故障。

图5 水汽进入末屏内部图

检修人员将315列电线穿墙套管A 相末屏打开后发现该相螺栓处已有一层铜绿，说明其内部也长时间受潮（图6）。这表明在相同的运行条件下该组套管三相均存在水汽进入穿墙套管内部的情况，此A 相穿墙套管若继续运行也将存在放电击穿的隐患。

图6 A 相末屏表面铜绿图

通过上述对主变35kV 进线侧穿墙套管接地故障的分析与处理，为确保出墙套管类设备的安全可靠运行，特提出以下几点建议与注意事项：

该315列电线穿墙套管三相中一相绝缘击穿、一相末屏存在受潮情况，提示该型号穿墙套管在长期运行后可能存在末屏密封材料老化、密封不严等情况，因此必须加强对同型号穿墙套管的巡视。

电容型套管绝缘受潮、劣化是一个长期过程，当发生局部放电或泄露电流流过绝缘物质时，其介电损耗或电阻损耗都可引起穿墙套管局部温度升高，能够通过观察局部热点的红外信号特征发现。因此应当加强对该类设备的红外测温工作，缩短红外测温周期，重点检测套管本体及末屏根部温度，对发现三相不平衡或超出环境温度3℃的设备应详细分析[6]。

对目前在运的穿墙套管进行系统的统计，依据运行年数及运行状态列项技改，及时更换老旧产品。对类似的电容型设备也应开展定期抽检，利用多种检测方式检查末屏及内部绝缘情况，排查各类隐患。