一起主变压器110 kV穿墙套管缺陷分析

2022-09-14刘康康宗浩杰

江西电力 2022年7期

周皓，刘康康，宗浩杰，吕佳

（国网江西省电力有限公司九江供电分公司，江西九江 332000）

0 引言

高压穿墙套管是一种较为常见的电气设备，110 kV主变压器穿墙套管在高压设备导电部分穿过墙壁时起支撑与绝缘作用，运行过程中高压套管一旦绝缘损伤，则可能发生闪络、放电，严重时可能造成绝缘击穿[1-3]。因此，穿墙套管的绝缘强度对主变压器安全运行具有重要意义。

1 设备信息

九江辖区某110 kV变电站1号主变110 kV复合高压绝缘穿墙套管为STB型有机复合高压穿墙套管，如图1所示，其额定电压110 kV，额定电流630 A，北京能电电技术开发总公司制造，2000年2月出厂。

图1 套管铭牌信息

该套管导体外表面敷设多层电容屏（类似全绝缘管母），末屏外部以绝缘材料包裹并覆盖伞裙以增加表面爬电距离[4-6]。穿墙部位为铝制套筒，并在外绝缘与套筒内表面之间填充橡胶材料，通过增加管径以提高整体承重能力和抗弯强度[7-9]，如图2所示。

图2 外绝缘护套与铝制护套交界处

该套管位于墙内侧部分安装有一根金属导线，将末屏与铝制套筒进行等地电位连接，避免出现悬浮电位造成填充材料两端出现过电压[10]，如图3所示。

图3 等电位线

2 故障发现

2021年9月九江供电公司试验人员对该110 kV变电站1号主变进行带电检测时，发现该主变110 kV复合高压绝缘穿墙套管B相伞裙表面（墙体侧起第5片）有疑似黑色烧蚀痕迹，如图4所示。通过后台数据显示，穿墙套管负荷电流为20.7 A。

图4 巡视中发现的异常痕迹

通过红外精确测温，试验人员发现该组穿墙套管表面存在明显的温度分布不均，其中B 相最为显著，见表1所示。

表1 B相穿墙套管表面过温点

据此，判断该套管故障缺陷疑似为表面污秽或水汽凝结使得沿面电压分布不均导致局部承受电压过大引起的发热现象，该缺陷属于电压致热型缺陷。

结合异常迹象以及往年红外精确测温数据（见图5），研判B相穿墙套管有严重劣化趋势，并存在因此造成的局部损伤迹象，需立即对该相穿墙套管进行更换。

图5 红外精确测温热像

3 外观检查

故障缺陷进行上报后，检修人员对该缺陷相穿墙套管进行了拆解，现场试验人员对异常的B相套管进行了检查，发现该套管表面存在严重的沿面放电痕迹，根部外绝缘护套与铝制护套交界处填充材料明显溢出，并集中于一点严重烧蚀，如图6所示。

图6 B相穿墙套管根部烧蚀痕迹

试验人员对该套管连接处进行测试，检测显示该套管末屏与铝制护套连接良好，排除末屏接触不良导致绝缘破坏的可能。此外，B 相套管末屏与铝制套筒的等地电位连接接触良好，并不存在悬浮电位。随后，试验人员对该主变三相套管均进行了主绝缘介质损耗及电容量测试，测试结果如表2所示。

表2 主绝缘介质损耗及电容量测试

通过表2 可知，三相套管主绝缘状况良好，B 相电容屏亦未受损伤。现场试验人员对B 相套管进行交流耐压试验时，当耐压值达到40 kV 时该套管烧蚀点即出现火星并冒烟（见图7），与发现的烧蚀情况相吻合。

图7 耐压过程中的火花放电

耐压试验结束后，现场试验人员发现该套管洞穿点烧蚀已几乎深至末屏（见图8），邻近外绝缘护套表面附着有一层放电产生的油污。

图8 外绝缘层烧蚀洞点

4 缺陷分析

根据外观检查、红外精确测温以及试验结果，判断该B 相穿墙套管表面严重积灰污秽。该110 kV 变电站位于山顶，由于山顶特殊的高湿雨雾环境，雾气中的水分凝结于穿墙套管外表面，且由于套管为水平安装方式，凝结的露水无法在重力的作用下滑落，而是附着于表面并浸渍表面灰尘，沿轴向形成小段的导电通道。局部导电通道的存在，破坏了原本沿表面18 片增爬裙的近似均匀电压分布，使得电压集中于少数表面比较洁净的爬裙部位及末屏接地点附近绝缘护层（经外观比对，红外热像对应温度最高的第8-9爬裙间隙相比邻近爬裙要洁净）。

重新分布的沿面电压带来了严重的局部场强集中，且在外绝缘护套与铝制护套交界处，沿圆周末屏径向接入点处场强最大，该处电场强度超出外绝缘耐受水平，造成绝缘材料长期缓慢烧蚀，并由于受热出现了热胀溢出现象（经核实该烧蚀点与末屏引出接地点在同一条轴线上）。