220kV变压器套管故障分析及探讨

220kV变压器套管故障分析及探讨

王淑任

（山东五岳电器有限公司山东泰安271000）

摘要：变压器油在变压器、电抗器和互感器等电气设备中广泛应用。电或热的故障可以使变压器油中某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基，通过复杂的化学反应后形成H2和低分子烃类气体，油的氧化还会生成少量的CO和CO2。通过油中溶解气体组分含量和增长速率可判断设备的故障类型，油中溶解气体组分分析已发现大量变压器潜伏性故障。

关键词：220kV；变压器；套管；故障分析

引言：高压套管是变压器的重要组件之一，是将变压器内部高压引线引到油箱外部的出线装置。由于运行中的变压器要长期承受工作电压、负荷电流以及在故障中出现的短时过电压、大电流的作用，因此对套管的制造、运行、检修和测试都有严格的规定和要求。近年来，在我国的一些地区发生了多起变压器运行事故，而由高压套管故障引发的事故所占的比例较大。

1.高压套管故障原因分析

国内运行的变压器套管按载流方式的不同，大致分为穿缆式、导杆式和拉杆式3种，该支套管型号是GOE-1050-750-5000-0.6，油侧的连接方式为拉杆式结构。这种连接方式是将套管的中心铜导管用做导通电流的载体，带电缆连接片的变压器高压引线用螺栓固定在套管底部带有M12螺孔的铜质接线板上，而铜质接线板由一根细钢制拉杆拉着与套管中心铜导管紧密接触，以形成电流通路。在钢制拉杆和内导管之间有2个同心管组成的温度补偿装置，其中内管是铝质管，外管材质为钢，外管长度略长于内管，温度补偿原理就是利用两同心管温度变化时伸缩不同而补偿铜导管与钢拉杆冷热伸缩不同所带来的影响。为了使拉杆式套管底部接线板与内导管保持紧密接触，拉杆上部螺母在紧固时，力矩有着严格要求。具体安装过程是，首先螺母要能够很平滑地旋转到螺杆上，否则要用“Molykote1000”涂到螺栓上，多余的“Molykote1000”要用白布擦去。

对于该型号套管，ABBGOE套管安装使用说明书规定，b-a=10±0.5mm符合要求。拆下的高压套管经厂家技术人员现场实测，b值为18.34mm。在现场对此支高压套管重新按使用说明书要求进行装配，当紧固力矩为10Nm时，a=19.34mm；当紧固力矩为100Nm时，b=27.38mm，b-a=8.04mm，不能满足要求。继续紧固，当紧固力矩为130Nm时，b=29.30mm，b-a=9.96mm，满足要求，套管紧固结束。对比拆下时实测的b值为18.34mm，可以判断此支套管现场安装时内部拉杆未完全紧固到位。进入冬季后，气温降低，尽管有温度补偿装置的作用，气候变化仍加大了套管底部铜质接线板与导管之间的间隙，两者之间产生电弧放电，油气分离，导致变压器瓦斯动作跳闸。同时，由于套管底部接线板与导管之间的间隙，使得电流无法由接线板经导管正常流通，而接线板与拉杆为一体式，拉杆长期通过本不该承担的电流，致使其上部、中部出现不同程度的烧蚀。

2.套管解体、隐患分析及建议

2.1套管解体情况

对1号主变220kV侧套管C相进行解体，套管的主绝缘完好、电容芯绕制紧密，未发现电容芯子有下滑或移动现象。解体时发现套管末屏测量装置上的固定螺钉周边有明显的锈蚀痕迹。在对测量端子解体过程中发现从电容芯子最外一层电容屏引出的绝缘导线和测量端子之间的焊接不牢，焊接部位发黑，有放电痕迹。焊接处绝缘导线的黄腊管烧黑。

2.2套管隐患分析

综合以上情况，造成1号主变220kV侧C相套管中C2H2组分超过注意值的原因有两种可能：一是厂家焊接工艺控制不严，未使末屏与地可靠连接，运行中在末屏与地之间形成很高的悬浮电位，造成悬浮电位放电，使焊接部位周边发黑，使绝缘油裂解产生乙炔。二是运行维护单位误拆套管末屏，使从电容芯子引出的导线和测量端子之间的焊接松动，造成末屏与地之间虚接，在套管内部出现悬浮电位放电。解体结果与GB/T7252-2001判断的低能量放电，隐患为引线对电位未固定的部件之间放电结果一致，与DL/T722-2014判断的电弧放电，存在的隐患情况不一致。有趣的是，若将电力行业标准故障类型判断方法中C2H2/C2H4的编码对应的电弧放电和低能放电的编码1和2交换，则故障判断为低能量放电，隐患情况为电容末屏连接不良引起的火花放电与该案例解体对应。变压器套管末屏接地方式可分为外置式和内置式，其中外置式末屏接地引出线穿过小瓷套通过接地金属连片或接地金属软线、接地金属连接装置等与接地部位底座金属相连。内置式末屏接地引出线穿过小瓷套通过引线柱引出，引线柱对地绝缘，引线柱外有1个带有弹簧装置的金属套，金属套与引出线柱紧密接触。运行时金属接地套受内部弹簧的压力与套管内侧接地金属法兰相连，使得末屏可靠接地。其类型有顶针式、弹簧式、推拨式及螺旋帽式等结构。打开末屏接地帽后可直接用万用表测量末屏的测试端子对变压器外壳的电阻值，判断末屏是否处于断开状态。套管电气试验完毕后，禁止使用扳手旋紧接地帽，而应用手旋紧。针对各种接地类型的末屏装置，在运行维护中需要注意以下事项。一是在对套管进行电气试验前，打开末屏接地时应注意，对于推拔式接地的末屏，应使用专用工具，卡住外铜套，使末屏处于断开状态。试验前可以用万用表测量末屏的测试端子对变压器外壳的电阻值，判断末屏是否处于断开状态。二是套管电气试验完毕后，恢复末屏接线时应注意。对于金属片接地的末屏，宜先上接地端螺帽，后上末屏端螺帽，并注意控制拧紧的力度，避免折断该金属片。

总结：从该套管隐患发现及解体情况，应注意以下几个问题。一是电气试验不能及时发现套管电容末屏连接不良引起的放电故障。油中溶解气体组分试验虽然能及时发现该类型隐患，但由于套管的定期检验要求不够明确，一般不做预防性试验，应根据设备运行时间和状况适时增加套管油色谱分析试验。二是分析套管故障时发现，GB/T7252-2001和DL/T722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》故障类型判断方法中C2H2/C2H4的编码对应的电弧放电和低能放电不一致，GB/T7252-2001中的编码1对应的低能放电，编码2对应的电弧放电，DL/T722-2014中的编码对应值刚好相反。三是运维单位进行电气试验前，电气试验人员对变压器套管末屏接地方式进行了解，防止误拆套管末屏密封，损伤电容芯子引出的导线和测量端子之间的连接，形成悬浮电位放电。四是利用套管末屏接线法测量设备时，对末屏结构应充分了解，不能破坏末屏接地结构，如不清楚时可请厂家工作人员协助进行。

参考文献：

[1]翁新林，秦文红.500kV套管缺陷导致变压器短路故障分析[J].电工技术，2018（03）：99-102.

[2]甘德刚，冯运，陈凌，李敏，向天堂，邓权伦.一起500kV换流变压器网侧套管故障分析[J].变压器，2017，54（09）：68-71.

[3]郝斌.浅析500kV油浸式变压器套管末屏故障分析与处理[J].科技与创新，2017（16）：139-140.

[4]陈梁远，黎大健，赵坚.110kV及以上变压器套管常见缺陷和故障分析[J].广西电力，2017，40（03）：30-34.

[5]刘相忠，李学斌，鲁旭臣，王汀，韩洪刚.220kV主变压器高压侧套管气室SF_6气体泄漏故障分析[J].东北电力技术，2014，35（04）：39-41.