500kV 变压器套管将军帽发热缺陷的处理探析

吴承福，艾云飞，陈韶辉，丁凯，董西宏

（国网浙江省电力有限公司超高压分公司，浙江 杭州 311232）

变压器是电力系统输变电过程中最重要的设备之一，其健康状况直接影响整个电力系统能否稳定运行。套管是变压器的重要元件，将变压器内部绕组引线引出至箱体外部，同时起到绝缘与载流作用。

变压器套管长期运行在高电压、大电流环境中，承受电、热以及机械力的作用。套管引线握手线夹、导电杆连接不可靠等异常情况会导致套管载流回路过热，严重时会导致载流回路连接件烧损，密封部位的发热会加速密封件老化，进而出现渗漏油情况。因此，变压器套管发热缺陷的提前诊断及处理对变压器的安全稳定运行具有重要意义。红外检测作为一项成熟的带电检测技术，对变压器套管发热缺陷具有可靠的检测诊断作用。

本文介绍了一起通过红外检测发现的500kV 变压器套管发热缺陷，通过对红外检测图谱的分析，结合该套管的结构特点，确定了发热的具体部位。检修人员又通过对将军帽与导电杆间连接方式的深入分析，提出并采用了将军帽与导电杆间一体化连接的改进型结构，成功消除了此次发热缺陷。通过对发热原因的深入分析，为今后同类型或相似结构套管的发热处理提供了参考借鉴。

1 基本情况

1.1 红外检测情况

2020 年9 月20 日，检测人员在开展某500 千伏变电站一次设备红外检测时发现4 号主变B 相套管接头部位轻微发热，温度为38.3℃，A 相和C 相同部位温度为33℃，检测时环境温度为29℃。2020 年11 月1 日，对该发热点跟踪测温发现B 相最高温度58.1℃，A 相和C相同部位温度为24℃，检测时环境温度为20℃。

通过对4 号主变B 相高压套管顶部区域的红外图谱分析，发现发热最高温度部位位于套管握手线夹下部将军帽和导电杆连接处。

图1 红外测温图谱

1.2 套管结构介绍

4 号主变型号为ODFPS-250000/500，投运日期为2006 年6 月，高压套管型号为OTA-525/1600。

该型号套管为全密封油浸纸电容型，中部为一中空铝管，中空铝管内部直接与变压器本体相通，铝管中间为穿心导电杆结构。

穿心导杆材质为实心紫铜，长度约7.8m、直径60mm，重量约196kg，由两部分组成，通过6 颗M6 螺栓对接，上部通过插销固定在中空铝管上，下部连接变压器引线抽头。穿心导电杆分为上下两部分主要便于变压器套管安装，更换套管时，检修人员不需进入变压器内部，从而缩短停电检修时间。

锥形将军帽通过螺纹与穿心导电杆连接，螺纹连接部分为55mm，将军帽材质为黄铜，同时将军帽还起到了套管顶部的密封作用。将军帽结构如图2 所示，其中方框圈出部分为发热部位对应结构。

图2 将军帽结构

图3 B 相测温温度与负荷电流散点图

图4 一体化结构实物图

图5 将军帽与导电杆螺纹长度不足

2 跟踪检测及处理情况

2.1 跟踪检测情况

为掌握4 号主变B 相高压套管发热情况，运行人员开展了为期4 个半月的跟踪检测，期间每日开展红外测温。对跟踪检测情况进行分析，4 号主变平均负荷447A，最高温度58.2℃，热点温度随负荷变化较为明显，且与A、C 相相比，温差变化趋势一致。

根据近4 个半月以来的测温数据，绘制发热温度与负荷电流关系散点图，因相关数据具有较强离散型，无法获取其多项式拟合关系。查询2020 年负荷历史曲线，12 月14 日当天B 相负荷电流最大，为810A；6 ～8 月负荷电流在600 ～800A。考虑环境温度的影响，根据散点图预测2021 年迎峰度夏持续高负荷期间，发热点最高温度可能达到70℃以上。

2.2 现场处理情况

2020 年8 月，另一500kV XX 变电站4 号主变C 相高压套管曾出现顶部发热现象，发热温度为63℃，跟踪测温至9 月，发热温度持续上升，最高达到103℃，温度最高部位同样位于将军帽与套管导电杆连接处，该套管型号结构与本案例完全一致。运行单位临时申请停电进行发热消缺。由于该变电站所在地区用电负荷大，停电窗口有限。为控制停电时间，计划采用对导电杆与将军帽连接部位进行处理并更换套管将军帽的主变不排油处理方案。但在拆除将军帽与导电杆连接时，发生了导电杆断裂情况，只能按照预案对主变进行排油，同时更换了导电杆与将军帽。

后续对此次导电杆断裂原因进行了分析，主要原因如下：将军帽与导电杆连接部位发热，可能存在螺纹咬死粘连情况，同时因紫铜导电杆与黄铜将军帽通过螺纹连接，导电杆自重对将军帽形成较大向下拉力，螺纹部位受力严重，可能导致采用常规拆卸手段无法将将军帽与导电杆顺利拆开，拆除时甚至可能会出现导电杆断裂的情况。

通过前一次导电杆断裂案例的经验积累，检修人员与厂家技术人员展开深入讨论讨论，提出一种将军帽与穿心导电杆一体式的改进结构，并在设备厂内进行了进一步的分析论证。2021 年6 月，采用新的一体化导电杆对本发热缺陷进行了处理，并对其他非发热相导电杆及将军帽也进行了更换，设备复役后，发热缺陷成功消除。

3 发热原因分析

由于同型号套管连续发生2 起发热现象，检修人员对更换下的将军帽与导电杆进行拆解检查及材质分析，以便对该类型套管发热的原因进一步深入分析。主要发现以下问题。

（1）将军帽与导电杆材质不满足要求。将军帽材质为H62 黄铜，导电杆为纯铜，其中将军帽易受雨水腐蚀造成脱锌锈蚀，同时材质分析判断部分将军帽存在铅元素超标的现象，使螺纹连接部位强度不足，造成连接部位腐蚀。

（2）将军帽旋入深度不满足要求，将军帽与导电杆紧固不到位。根据前文所述，将军帽与穿心导电杆螺纹连接长度要求为55mm。当螺纹连接部位长度满足要求时，通过旋进将军帽使导电杆抬升至最高，使定位销卡在定位管活动槽最上端，保证将军帽与导电杆紧固到位，配合压力增大，避免因高负荷、强振动情况下引起将军帽与导电杆紧固不到位而发热。

根据以上检查分析，判断螺纹连接部位强度不足、螺纹腐蚀和将军帽与导电杆间配合尺寸偏差、紧固不到位是造成该型号套管将军帽部位发热的主要原因。因此，仅对导电杆与将军帽连接部位进行清理并更换套管将军帽的处理方式，不能彻底消除设备发热的隐患。该单位相关技术管理部门在同型号套管后续的隐患治理时，均采用了更换一体化导电杆的方案。

4 结语

变压器套管的发热现象影响设备的安全稳定运行，本案例是一起通过红外检测发现套管将军帽发热缺陷、检修人员采用改进型结构彻底消缺的典型案例。在日常运维检修工作中，当发现设备存在发热异常时，应缩短跟踪检测周期，根据运行环境、负荷电流情况对缺陷的发展趋势做出评估；停电处理前应结合设备结构特点，深入分析缺陷原因，科学制定处理方案，对缺陷的处理起到标本兼治的作用。