變壓器套管耐壓擊穿事故的分析

林展洪，傅永和，葉夏林

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東電力設(shè)備廠，廣東廣州 510285；2.東莞市廣安電氣檢測(cè)中心有限公司，廣東東莞 523000；3.廣東省輸變電工程公司，廣東廣州 510160）

0 引言

變壓器交接試驗(yàn)作為投運(yùn)前的必要檢查，是驗(yàn)證變壓器正常運(yùn)行的可靠手段。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制，工頻耐壓試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)最嚴(yán)格的考核辦法之一，工頻耐壓試驗(yàn)的目的是考核繞組對(duì)地和繞組之間的主絕緣強(qiáng)度[1]。正確地按照規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)既是考核變壓器質(zhì)量狀態(tài)的手段，也是減少現(xiàn)場(chǎng)安裝事故的重要保障。

1 事故情況描述

產(chǎn)品名稱(chēng)：110 kV有載電力變壓器、油浸紙電容式套管；變壓器型號(hào)：SZ11-63000/110；中性點(diǎn)套管代號(hào)：OT408M；中性點(diǎn)套管型號(hào)：BRDLW-72.5/630-3。

2012年8月，某變電站安裝工程隊(duì)在對(duì)一臺(tái)110 kV變壓器高壓中性點(diǎn)進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)（交接試驗(yàn)）時(shí)，試驗(yàn)電壓112 kV（140 kV×0.8=112 kV）[2-3]，進(jìn)行至59秒時(shí)變壓器本體靠近有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)處有放電聲音，試驗(yàn)設(shè)備保護(hù)跳閘，變壓器疑似發(fā)生擊穿現(xiàn)象。隨后，安裝隊(duì)對(duì)變壓器進(jìn)行第二次工頻耐壓試驗(yàn)，電壓升至58 kV進(jìn)行時(shí)變壓器本體靠近有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)處有放電聲音，試驗(yàn)設(shè)備保護(hù)跳閘。

2 事故分析

為判斷放電性質(zhì)及部位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分別對(duì)主體和套管進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)量、介質(zhì)損耗和電容值測(cè)量及油色譜分析試驗(yàn)。

2.1 變壓器主體絕緣試驗(yàn)

主體耐壓前后絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 套管絕緣試驗(yàn)

套管耐壓前后絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

2.3 油色譜分析試驗(yàn)

在取主體油樣和零相套管油樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，中性點(diǎn)套管油位滿格，打開(kāi)油塞取油樣時(shí)，發(fā)生噴油現(xiàn)象，未能取套管油樣。耐壓前后主體油色譜分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示：

表1 變壓器主體耐壓前后絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 套管耐壓前后絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 主體油中溶解氣體色譜分析μl/l

2.4 事故初步推斷

從上述數(shù)據(jù)可以初步推斷出該臺(tái)變壓器的中性點(diǎn)套管發(fā)生貫通性放電，使套管內(nèi)部電容結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變。從套管取油塞噴油可推斷該中性點(diǎn)套管下瓷件已經(jīng)破裂，造成套管內(nèi)部絕緣油已和主體油貫通。

3 事故排查

為保證事故分析的準(zhǔn)確性，變壓器排油后吊罩前進(jìn)入油箱查證。入箱檢查發(fā)現(xiàn)變壓器油箱底有套管瓷瓶碎片，中性點(diǎn)套管下瓷件有炸裂現(xiàn)象，下瓷套脫落面積約有下瓷套面積的40%（見(jiàn)圖1），其它如中性點(diǎn)引線絕緣情況、A相引線絕緣以及中性點(diǎn)至開(kāi)關(guān)引線絕緣情況，均沒(méi)發(fā)現(xiàn)有放電痕跡，其它引線和高壓套管未發(fā)現(xiàn)異常，未發(fā)現(xiàn)引起中性點(diǎn)套管擊穿的疑點(diǎn)，亦未發(fā)現(xiàn)由套管爆裂放電故障而造成的變壓器內(nèi)部放電和損傷痕跡。故將檢查重點(diǎn)放在中性點(diǎn)套管上面。

圖1 中性點(diǎn)套管下瓷套炸裂情況

3.1 套管外觀檢查

套管下瓷件開(kāi)裂，部分瓷件脫落，套管整體壓力未釋放，套管瓷件密封完好，上瓷件與油枕、下瓷件與法蘭沒(méi)有發(fā)生竄位，下絕緣錐體表面有貫穿性放電痕跡，套管末屏帽內(nèi)部完好沒(méi)有放電痕跡，套管頭部取油口密封性完好，密封膠圈壓縮量正常，無(wú)滲漏現(xiàn)象，套管下均壓球表面光滑無(wú)放電痕跡（見(jiàn)圖2）。

圖2 套管外觀檢查情況

3.2 套管主體解剖

套管其芯子絕緣外觀檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)受潮痕跡及水漬，上油枕密封，軸向及橫向密封完好沒(méi)有水漬，上油枕內(nèi)壁及彈簧、壓板沒(méi)有發(fā)現(xiàn)水漬，密封完好。套管外絕緣表面完好，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)水漬。

3.3 電容芯子解體

套管絕緣芯子末屏引線完好，絕緣芯子直線段絕緣表面有三個(gè)擊穿點(diǎn)（見(jiàn)圖3），擊穿點(diǎn)的位置在末屏引線左上部300 mm左右，套管下絕緣錐體梯度部分有貫穿性放電痕跡，逐層檢查電容屏（共19屏）基本全部擊穿，末9屏絕緣紙邊沿到電容屏間有明顯爬電痕跡有炭黑狀（見(jiàn)圖4），導(dǎo)電桿下部表面發(fā)現(xiàn)有放電點(diǎn)（見(jiàn)圖5）。

圖3 套管絕緣芯子的三個(gè)擊穿點(diǎn)

圖4 套管電容屏末9屛的爬電痕跡

圖5 套管導(dǎo)電桿上的放電點(diǎn)

4 事故原因分析

根據(jù)套管擊穿處爬電軌跡和擊穿點(diǎn)大小可以推斷出，擊穿點(diǎn)放電時(shí)沿著套管椎體表面爬電至擊穿點(diǎn)位置時(shí)由于絕緣距離的縮短，導(dǎo)致末9屏對(duì)末屏放電接地，隨之引發(fā)末9屏與零屏間的電容屏的擊穿，最終造成套管主絕緣全部擊穿，繼而使套管內(nèi)壓力驟增，從而造成下瓷套部分炸裂。

結(jié)合變壓器設(shè)計(jì)圖紙分析和現(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)量，并未發(fā)現(xiàn)引起套管擊穿的疑點(diǎn)，從觀察套管外絕緣和內(nèi)部構(gòu)件情況，也沒(méi)發(fā)現(xiàn)進(jìn)水或受潮痕跡，綜合前文分析可以排除了套管及變壓器本身質(zhì)量和受潮的可能，并且套管擊穿亦未對(duì)變壓器其他構(gòu)件造成損傷。

在檢查現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)人員存在誤操作造成過(guò)電壓的可能?，F(xiàn)場(chǎng)工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備為上海思源電氣股份有限公司生產(chǎn)的變頻串聯(lián)諧振設(shè)備，補(bǔ)償電抗每節(jié)67 kV，試驗(yàn)時(shí)四節(jié)串聯(lián)使用，電容分壓器兩節(jié)串聯(lián)使用，分壓器量程為300 kV，設(shè)備理論上最高可輸出67×4=268 kV。該設(shè)備操作時(shí)菜單界面選擇上有分壓器量程選擇，開(kāi)機(jī)時(shí)默認(rèn)低量程（一節(jié)分壓器）。如果分壓器實(shí)際使用高量程（兩節(jié)分壓器），而在菜單選擇中沒(méi)有及時(shí)修改默認(rèn)量程，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)用低量程的變比，使顯示電壓只有實(shí)際施加電壓的一半。

工頻耐壓試驗(yàn)對(duì)于固體有機(jī)絕緣來(lái)說(shuō)屬于破壞性試驗(yàn)，會(huì)使絕緣強(qiáng)度逐漸降低，形成內(nèi)部劣化的累計(jì)效應(yīng)。因此必須正確地選擇試驗(yàn)電壓和耐壓時(shí)間，實(shí)際上國(guó)家根據(jù)各種設(shè)備的絕緣材質(zhì)和可能遭受的過(guò)電壓，規(guī)定了相應(yīng)的出廠試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)[4]。本次事故擊穿的套管出廠時(shí)間為2011年4月，出廠試驗(yàn)為工頻耐壓147 kV 1 min，雷電全波沖擊負(fù)極性耐壓325 kV，試驗(yàn)正常。套管在安裝在變壓器上后，變壓器出廠試驗(yàn)工頻耐壓140 kV 1 min，試驗(yàn)正常。而安裝現(xiàn)場(chǎng)工頻耐壓112 kV 1 min，套管擊穿。套管生產(chǎn)廠家追蹤該生產(chǎn)批次的套管并未發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量事故出現(xiàn)。

綜合上述分析并結(jié)合各方專(zhuān)家的討論意見(jiàn)，可以大致上還原事件本身：施工隊(duì)伍在對(duì)變壓器進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，在調(diào)整試驗(yàn)設(shè)備時(shí)未有正確設(shè)置分壓比，導(dǎo)致施加電壓為試驗(yàn)電壓的兩倍，即為112×2=224 kV，從而引起套管電容層的擊穿，最終引起套管的炸裂，耐壓試驗(yàn)失敗。

5 事故總結(jié)

本次事故不但造成了施工各方的經(jīng)濟(jì)損失，而且耽誤了項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的施工工期和極大的社會(huì)資源浪費(fèi)。在追究本次事故起因的過(guò)程中，凸顯了目前社會(huì)上安裝交接試驗(yàn)施工的各種隱患，為防止類(lèi)似的事故發(fā)生，提出以下幾點(diǎn)建議：

（1） 嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)施工、規(guī)范施工行為，本次事故中，部分施工人員喜歡按習(xí)慣施工，在變壓器發(fā)生第一次疑似擊穿情況下，未認(rèn)真分析排除問(wèn)題即進(jìn)行第二次耐壓導(dǎo)致二次擊穿，一定程度加重了擊穿的嚴(yán)重性；

（2）落實(shí)檢查監(jiān)督工作，做好工作記錄，本次事故中，現(xiàn)場(chǎng)人員試驗(yàn)前明顯沒(méi)有履行相關(guān)的檢查監(jiān)督程序，沒(méi)有記錄試驗(yàn)時(shí)設(shè)備電流的變化情況，試驗(yàn)步驟亦缺少相關(guān)的記錄，增加了排查事故根源的難度；

（3）加強(qiáng)施工隊(duì)伍對(duì)施工標(biāo)準(zhǔn)和程序的熟練程度，必要時(shí)進(jìn)行集中培訓(xùn)教育；

（4）完善事故應(yīng)急處理方案，減少不必要的損失。

工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)施加在試品的電壓相對(duì)較高，并且國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于不同等級(jí)的變壓器都規(guī)定了相應(yīng)的絕緣水平，如果施加超過(guò)了試品相應(yīng)絕緣水平的電壓，必然會(huì)損傷試品的絕緣性能甚至發(fā)生絕緣擊穿現(xiàn)象。為保證變壓器現(xiàn)場(chǎng)安裝交接試驗(yàn)和變壓器長(zhǎng)期安全可靠的運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)各方人員必須高度重視此問(wèn)題，務(wù)必保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

［1］胡啟凡.變壓器試驗(yàn)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

［2］GB 1094.3-2003.電力變壓器第3部分絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙［S］.

［3］GB 50150-2006.電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］李建明.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2001