一起套管进水致主变跳闸事故分析

文/林展洪

0 引言

套管是电力变压器的主要附件之一，引线通过变压器套管与外部电网连接，套管对引线提供了支撑和绝缘作用。近年来，国内品牌变压器套管产品工艺不断完善、质量控制不断前移，使得套管产品本身质量日趋稳定，出现问题几率较少，但其安装维护的工艺由于现场安装人员水平或质量控制执行水平参差等原因，难以得到有效控制。在实际运行中，经常会发生因安装维护过程工艺质量不过关，导致套管密封不良而进水，最终影响变压器的安全运行的案例。本文以一起套管进水致主变跳闸事故为例，通过排查事故发生经过及分析原因，提出相应的安装维护措施和建议，避免类似事故发生。

1 事故描述

事故中的变压器为退运牵引变压器，产品铭牌参数为QYD-40000/220，额定电压为220/2×27.5 kV，冷却方式为ONAN。事故中的变压器在事故发生当年6月底一拆一装就位，8月初受电启动，11月初停运，次年4月初空载投入运行，4月5日发生差动保护动作。差动保护动作跳闸后，对变压器进行排查检测，主变压器（以下简称“主变”）油样乙炔含量超标。油化验主要数据见表1。

表 1 变压器主体油样化验数据

油化验结果显示，油样击穿电压不合格，烃类气体含量偏大，其中乙炔值为45.0μL/L，初步推断变压器内部进水受潮，运行过程中存在电弧放电或局部过热现象。

2 故障排查

将该主变及相关附件拆除后返厂吊罩检查。对主变进行吊罩检查，随后对主变进行入炉烘干处理，出炉后对变压器进行解体检查。

2.1 主变吊罩检查情况

变压器外观检查，箱体外观正常，箱底紧固螺丝、接地连接片等正常，油枕及呼吸器未见受潮痕迹。检查引线对箱壳、夹件无放电现象，开关各分接引线之间无过热、放电现象，所有分接引线与开关连接牢固可靠。

下油箱四周有大量水迹沉淀，并有碳化物和不明物体污染情况（见图1）。X相高压线圈下部绝缘支撑板有明显碳化物污染（见图2），引线端部绝缘纸有发黑、发胀、散落情况，引线接线铜头有发黑现象（见图3）。线圈端部绝缘压板有轻微污染，怀疑为水分积淀浸泡所致（见图4）。

图1 下油箱水迹沉淀物

图2 X相线圈下部支撑板碳化

图3 X相引线绝缘纸发黑、散落

图4 X相线圈端部压板水迹

检查高压X相套管（黄色）发现，“将军帽”与套管头间密封面的垫圈有缺口，对应的紧固螺钉孔爆裂，定位销位置有明显锈迹（见图5）。X相套管“将军帽”内侧与A相对比有明显氧化痕迹（见图6）。高压A相套管胶圈未见失效。

图5 X相套管头密封胶圈失效

图6 X相将军帽明显氧化痕迹

2.2 器身解体检查情况

拆除上横轭铁心，拆除线圈端部绝缘压板，吊出高低压线圈作全面检查。拆除X相高压围屏，发现X相高压线圈有匝间短路放电现象，表面遗留有大量的碳化物和少量烧蚀的铜珠，从下部引出线位置往上数起，第15至第31饼导线绝缘烧黑碳化（见图7），第15至第17共3饼导线烧蚀熔断并有变形凸起现象；其余线圈未见异常。

图7 X相线圈匝间短路情况

3 事故原因分析

3.1 变压器进水原因分析

变压器水分的来源主要有三种：一是残留水分（工厂处理后，残留水分的典型值为0.5%或更低）；二是外部进入的水分（维修/安装，连接处的不完全密封，以及和空气间的压差）；三是纤维绝缘老化。从上述材料推测，本次事故是安装施工不当使密封系统失效而造成的。

变压器拆装过程中，施工人员安装工艺不当，套管“将军帽”紧固螺栓迫爆了螺钉孔，且破坏了弹性垫圈的结构，致使套管密封系统失效。“将军帽”与引线相连接，所以“将军帽”兼有密封和导电双重作用，紧固螺栓受力不均匀会导致套管头部结构发热，加速密封件的老化失效。该变压器套管顶部高于变压器油枕，变压器运行过程中，由于负荷、环境温度变化等原因，正常情况下油位通过油枕与外界进行呼吸。但由于套管顶部密封系统被破坏，套管内导电杆上部的空气气室会通过胶垫与外界大气相连通，叠加运行时变压器的振动及引线拉力等因素影响，在油箱内部出现负压时，水分会沿着引线渗入箱体里面。

综上，进水路径推测为：X相高压套管接线柱部位→X相高压引线→X相高压线圈底部出线位置→X相高压线圈内部及主变内部。

3.2 放电原因分析

液体介质中含有水分，如果水分溶解于液体介质中，则对击穿电压影响不大；如果变压器油中的水分超过了饱和值，水分呈游离状态，则绝缘强度明显下降。水分与纤维杂质共存时，水分的影响更为严重。

水分沿引线进入变压器内部，附在或游离在引线绝缘纸周围，使油纸绝缘强度大大降低，叠加主变本身绝缘的自然老化，在线圈绝缘薄弱处发生匝间放电。

4 改进措施及建议

本次事故主要原因是施工队伍在变压器检修拆装过程中未正确执行套管安装工艺，后续验收、运行等过程也没有相应的质量控制措施。为防止类似的事故发生，提出以下建议：

对于结构特殊或安装工艺要求高的设备，需要严格执行自检互检专检制度，过程做好施工工序记录，关键位置拆装前后做好标记，必要时请厂家现场指导施工，严格保证验收质量；对于质量状态不明确的设备主附件应做好评估，质量不过关的零部件及时更换并做好记录，方便日后重点监控；在设备运行期间特别是运行关键节点（如投运初期、负载过大时、异常天气后等），加强对设备的巡视，定期做好红外测温、油化验测试等工作，及时发现设备有无局部过热、油色谱异常等情况；变压器吊罩检修或入箱检修时必须遵守设备厂家要求执行，绕组不能在现场暴露时间过长，入箱需穿专用工作服、清点专用工具；对于在检修过程中发现的绝缘纸松散、垫块移位等现象，应及时做好包扎、紧固等措施；变压器注油、滤油、抽真空、静置时间等均应按照厂家工艺要求或标准执行，并做好过程和验收记录；定期对变压器进行预防性试验和检修，定期检查设备的橡皮垫片、垫圈，检查是否有渗漏油现象，保证设备没有“带病运行”。

5 结语

变压器正常情况下通过油枕的呼吸，其油位指示应符合器身上贴的油位-温度曲线图，所以平时应注意本体储油柜油位的监视，观察油位随负荷大小或环境温度的变化情况，及时发现变压器本体、储油柜、油位计、呼吸器、密封系统等可能存在的问题。

不同温度或负荷情况下，纸绝缘和油中的水分会进行互相转移。一般情况下，明显的温度增加会减少水分，油对气体的溶解度也会随之增加，从而使变压器绝缘系统维持一个良好的状态。所以，备用变压器不应该长时间闲置，应定期空载运行以保持良好的绝缘状态。