220 kV變壓器高壓側(cè)套管電容超標(biāo)分析和處理

趙 海，范 叢，婁云飛，周 楊

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙410004）

0 概述

掛治電廠3臺220 kV主變壓器采用湖北陽光電氣有限公司生產(chǎn)的SFP9-63000/220型變壓器。該變壓器系三相油浸風(fēng)冷強(qiáng)油循環(huán)雙線圈銅芯無勵磁調(diào)壓升壓變壓器，半戶內(nèi)式，額定容量63 000 kVA，高壓側(cè)經(jīng)油/SF6氣體絕緣套管與220 kV GIS（SF6）氣管連接，低壓側(cè)經(jīng)油/空氣套管接至發(fā)電機(jī)出口GCB（10.5 kV）共相封閉出線，高壓側(cè)中性點(diǎn)由中性套管引出。變壓器高壓套管采用西電集團(tuán)西安高壓電瓷有限公司生產(chǎn)的油/SF6高壓出線套管，它直接與220 kV GIS相連，該套管內(nèi)部襯體是用環(huán)氧樹脂浸紙電容式油/SF6套管。絕緣鋁鉑分層均壓結(jié)構(gòu)，以改善場強(qiáng)的分布，同時套管里面充滿高純度處理變壓油，增強(qiáng)套管的絕緣效果，套管外用瓷絕緣進(jìn)行完全密封，兩端導(dǎo)體設(shè)有瓷屏蔽罩，在套管的中間法蘭上，設(shè)有油樣閥門及油壓監(jiān)測裝置，同時還有試驗(yàn)接頭，該接頭須經(jīng)常保持接地，否則有高電壓輸出，還可以利用試驗(yàn)接頭及電橋檢測套管內(nèi)部的紙介質(zhì)絕緣的絕緣性能。在中間法蘭的另一側(cè)設(shè)有油壓膨脹補(bǔ)償波紋管及兩個微型開關(guān)，用以補(bǔ)償套管內(nèi)部的溫度變化所引起的油壓膨脹。

套管與變壓器220 kV繞組出線采用皺紋紙包扎油浸絕緣的軟連接，并同時用屏蔽筒套住，用均壓球固定屏蔽筒。高壓油/SF6套管法蘭與220 kV GIS法蘭連接，采用“O”型圈多級密封系統(tǒng)，以防止油與SF6氣體互相滲漏，同時套管的絕緣件能阻止GIS的感應(yīng)電流與熱流通過SF6氣體管道傳到變壓器。

1 故障現(xiàn)象

掛治電廠1號主變在高壓預(yù)試工作中發(fā)現(xiàn)，B相高壓側(cè)套管（型號：ETG-252/1250，生產(chǎn)廠家：撫順傳奇套管有限公司）電容量由2015年的257.9 pF增長至286.9 pF，變化率超出規(guī)程規(guī)定范圍，綜合討論研究，初步判定為套管內(nèi)部兩層絕緣屏被擊穿，需對變壓器B相高壓側(cè)套管進(jìn)行整體更換。

2 分析故障原因

（1）套管表面臟污吸收水分后，使絕緣電阻降低，其后果是容易發(fā)生閃絡(luò)，造成跳閘。同時，閃絡(luò)也會損壞套管表面。臟污吸收水分后，導(dǎo)電性提高，不僅引起表面閃絡(luò)，還可能因泄漏電流增加，使絕緣套管發(fā)熱并造成瓷質(zhì)損壞，甚至擊穿。

（2）由于高壓套管膠墊密封失效，油紙電容式套管頂部密封不良，可能導(dǎo)致進(jìn)水使絕緣擊穿，下部密封不良使套管滲油，導(dǎo)致油面下降。

（3）由于膠墊質(zhì)量不過關(guān)或超周期運(yùn)行使膠墊老化。

（4）導(dǎo)線連接部位接觸電阻大，引起局部過熱。

（5）高壓套管運(yùn)行時間過長，絕緣老化。

3 處理過程

3.1 施工環(huán)境

（1）進(jìn)行GIS解體及變壓器排油，施工現(xiàn)場空氣濕度不大于75%，施工現(xiàn)場有防塵、防潮的措施，保證工作中不起塵。

（2）B相高壓套管氣室氣體已回收。

（3）1號主變絕緣油已排至主變進(jìn)人口門下端20 cm處。

3.2 套管更換前的相關(guān)試驗(yàn)

（1）待安裝的套管在現(xiàn)場進(jìn)行交接試驗(yàn)應(yīng)合格。

（2）變壓器絕緣油試驗(yàn)應(yīng)合格。

（3）新SF6氣體檢測應(yīng)合格。

3.3 腳手架搭建、吊點(diǎn)安裝、橋架拆除

在主變低壓側(cè)左側(cè)搭設(shè)施工腳手架，腳手架底部用竹膠板鋪平，在B相套管中間法蘭處搭建一個平臺，在主變B相進(jìn)人門處搭建一個平臺；在管線層B相套管上方安裝兩個對稱的吊點(diǎn)拆除上方橋架，將橋架線纜移向旁邊，拆除主變高壓側(cè)B相至管線層地板，準(zhǔn)備枕木備用。

3.4 主變排油

（1）關(guān)閉冷卻器上、下蝶閥。

（2）將濾油機(jī)的進(jìn)油管路連接在主變下部事故排油閥上，出油管路連接油罐。

（3）打開事故排油閥，打開油罐上端進(jìn)油閥門。（4）啟動濾油機(jī)進(jìn)行排油。

（5）立即打開油罐排氣閥進(jìn)行排氣。

（6）抽油至進(jìn)人門以下200 mm，停止抽油，關(guān)閉事故排油閥和油罐排氣閥（開工前做一個U型管與主變本體相連以觀察主變油位）。

（7）更換套管期間，一直對抽出的變壓器油進(jìn)行真空加熱濾油，油溫控制在58 ℃。

3.5 主變高壓側(cè)B相套管（6103 B相）氣室內(nèi)SF6氣體回收

將SF6回收裝置吊至檢修現(xiàn)場指定地點(diǎn)，試運(yùn)行SF6回收裝置，確?；厥昭b置完好，拆除氣室三相連通管，連接SF6回收裝置與B相氣室的管道，啟動SF6回收裝置，回收SF6氣體。當(dāng)氣室內(nèi)的SF6氣體氣壓降至負(fù)壓時，停止回收SF6氣體。

3.6 主變高壓側(cè)B相套管外殼拆卸

（1）標(biāo)記：套管外殼拆卸前在套管各拆卸處做好標(biāo)記；

（2）吊裝準(zhǔn)備：拆除B相套管與上部連接銅管及絕緣子處連接件，在管線層GIS套管上方屋頂?shù)觞c(diǎn)上懸掛1個3 t手拉葫蘆，并在葫蘆的吊鉤上懸掛吊帶，用于被拆卸的套管起吊（需起吊的套管總重量約400 kg）；

（3）開蓋：用扳手打開B相高壓套管氣室觀察孔門蓋板固定螺桿,當(dāng)殼體蓋板打開后，用吸塵器將氣室清掃干凈；

（4）套管內(nèi)拆線：松開高壓套管上端母線導(dǎo)體內(nèi)六角連接；

（5）套管外殼拆出：拆除管線層B相套管三通在水平面上的兩個法蘭，解開三通管內(nèi)導(dǎo)體連接，用葫蘆將殼體及導(dǎo)體整體向上起吊1.2 m。

3.7 套管拆卸

（1）標(biāo)記：套管拆卸前在套管各拆卸處做好標(biāo)記，吊起B(yǎng)相套管前需拍照，確保以后安裝時套管方位不錯誤：頂部法蘭四孔方位；末屏方位；上下兩層法蘭孔配合方位。

（2）解線：拆除套管法蘭與主變升高座的連接螺栓，打開主變B相高壓觀察窗，將均壓環(huán)向上擰開，拆除B相引線與套管的連接螺栓。

（3）吊裝：通過主變室內(nèi)頂部吊點(diǎn)用吊帶將套管移開。

3.8 B相新高壓套管安裝

（1）試驗(yàn)：檢查新套管無損壞，并試驗(yàn)合格。

（2）吊裝：將新套管運(yùn)至主變上，按照拆卸套管相反的施工方法，將套管用葫蘆緩慢的吊進(jìn)升高座內(nèi)。

（3）接線：連接套管與主變間聯(lián)接螺栓。

（4）封閉主變B相高壓觀察窗，更換套管中間法蘭與升高座之間的密封件，用力矩扳手將連接固定螺桿對角緊固。

3.9 變壓器封閉

認(rèn)真檢查，在確認(rèn)變壓器內(nèi)部清潔且無任何遺留物件后，更換所打開過的人孔門密封墊，將人孔門可靠封閉。

3.1 0變壓器抽真空注油

（1）對變壓器進(jìn)行抽真空，油箱頂部C相端的φ50濾油管接頭處連接抽真空管路（需提前制作φ50與φ80轉(zhuǎn)換接頭），至油箱真空度達(dá)到規(guī)定值133 Pa時，在0.5 h內(nèi)，油箱內(nèi)真空度下降不超過665 Pa，認(rèn)為密封良好，再將油箱抽真空，真空度133 Pa，靜止24 h以上，檢查變壓器密封情況。

（2）在不解除真空的情況下，將絕緣油真空濾油機(jī)的出油管聯(lián)接到變壓器右側(cè)底部的排油閥，進(jìn)油管聯(lián)接到絕緣油罐，在變壓器本體繼續(xù)抽真空的狀態(tài)下，將試驗(yàn)合格絕緣油（油溫控制在58 ℃）通過絕緣油真空濾油機(jī)經(jīng)油箱下部油門緩慢注入變壓器內(nèi)（注油位置與排油位置相同）。油的溫度應(yīng)高于器身溫度。當(dāng)絕緣油注至距離變壓器油箱蓋下200 mm左右時停止注油（注油過程應(yīng)維持真空度殘壓不大于133 Pa），關(guān)閉變壓器底部的排油閥，注油時間不宜少于6 h，并繼續(xù)抽真空保持真空12 h，關(guān)閉真空閥門，待徹底排出箱內(nèi)空氣，解除變壓器真空。

3.1 1變壓器本體的熱油循環(huán)

如果暴露時間比較長，或注油后油樣耐壓、含水等指標(biāo)不合格，則應(yīng)進(jìn)行熱油循環(huán)。熱油循環(huán)采用高真空凈油機(jī)對產(chǎn)品循環(huán)。油箱中油溫維持在55～70 ℃，循環(huán)時間不少于24 h或3倍變壓器總油量／通過濾油機(jī)的每小時油量（h）。

取油樣化驗(yàn)合格，否則仍應(yīng)繼續(xù)熱油循環(huán)直到滿足標(biāo)準(zhǔn)為止。

3.1 2變壓器補(bǔ)油

在真空注油達(dá)到規(guī)定的要求后，解除真空，打開主導(dǎo)氣管瓦斯繼電器兩端的閥門，確認(rèn)油枕與大氣是相通的。確認(rèn)無誤后，經(jīng)主變上部注油管利用真空濾油機(jī)對變壓器補(bǔ)油至規(guī)定油位。

3.1 3試驗(yàn)

（1）靜置：靜置時間不少于72 h，靜置期間每隔12 h，進(jìn)行一次排氣，所有的放氣塞必須進(jìn)行放氣，靜置期間需觀察有無滲漏，若滲漏需及時處理。

（2）試驗(yàn)：完成絕緣電阻測試、直流電阻測試、絕緣特性試驗(yàn)（介損、電容）、油化驗(yàn)（含色譜）并與施工前的數(shù)據(jù)比較，試驗(yàn)合格后進(jìn)行下一步工作（表1）。

表1

3.1 4 B相高壓套管連接恢復(fù)

（1）連接前清理套管，用非金屬工具去除密封部位的原存密封膠，用丙酮或無水乙醇清洗，清洗布采用百潔布，對密封槽、密封面及新密封圈進(jìn)行嚴(yán)格檢查。用乙醇清洗金屬部件。（注意：操作時應(yīng)盡量避免吸入已經(jīng)汽化了的溶劑。）清洗絕緣澆注件表面應(yīng)采用丙酮溶劑，清洗布采用百潔布。每個絕緣澆注件的表面都必須仔細(xì)擦洗干凈。清潔金屬零部件的表面時，應(yīng)將百潔布在清洗溶劑中沾濕，以保證能將零件表面徹底清潔干凈。最后用無毛紙（杜邦紙）反復(fù)擦幾遍，直到確認(rèn)清潔為止（注意：在清洗金屬表面時，已經(jīng)用過的百潔布不能再用來清洗絕緣澆注件表面。清洗絕緣澆注件表面時，只能使用潔凈的百潔布。對于零部件的最終清洗，不能使用已經(jīng)用過的臟布，只能用新的百潔布）。

（2）更換各法蘭“O”型密封圈，使用SF6氣體密封膠，以防止SF6氣體泄漏，使用的密封膠不得流入密封圈內(nèi)側(cè)而出現(xiàn)與SF6氣體接觸的可能，將設(shè)備上解體部分的“O”形圈全部換掉并做破壞處理。清洗密封槽和密封面，檢查并確認(rèn)沒有刻傷痕跡和灰塵。清洗時應(yīng)當(dāng)使用沾有酒精或其他稀釋劑的清潔軟布。

（3）按照拆卸相反的程序安裝套管殼體，同時在安裝各節(jié)導(dǎo)體時，必須去除鋁導(dǎo)體表面上的氧化層，保證導(dǎo)電回路的暢通，使用防氧化接觸脂可以預(yù)防相應(yīng)的鋁件表面氧化。

3.1 5 B相氣室充SF6氣體

（1）套管蓋板封蓋后開始抽真空，抽真空時，應(yīng)有專人操作值班，器具應(yīng)可靠接地；接頭應(yīng)清潔干凈，真空表計(jì)應(yīng)正確，抽真空達(dá)到-133.3 Pa后，應(yīng)繼續(xù)抽真空至少半小時，在停泵后，記錄半小時后讀取的真空度與靜置4 h后讀取的真空度差值不大于67 Pa。

（2）充入SF6氣體：抽真空合格后，充入經(jīng)檢驗(yàn)合格的SF6氣體，充壓至0.25 MPa，檢查密封面有無漏點(diǎn)，確認(rèn)無漏氣，再充壓至0.42 MPa，密閉檢驗(yàn)4 h無漏氣。

（3）檢漏及測量SF6氣體水分含量：充氣選擇在環(huán)境濕度＜80%時進(jìn)行，充入SF6氣體后，所有的法蘭、接頭應(yīng)用塑料布包扎好，靜置24 h之后，使其溫度穩(wěn)定，然后檢測該氣室的SF6氣體壓力、水分、純度是否滿足，同時進(jìn)行全面檢漏及測量SF6氣體水分含量。

（4）充氣應(yīng)使用SF6氣體回收車，充氣時應(yīng)先關(guān)閉減壓閥，打開氣瓶閥門，再慢慢打開減壓閥充氣。

（5）充氣時應(yīng)將氣瓶放倒并將底部抬高約30°，環(huán)境溫度較低時刻使用加熱設(shè)備加快充氣速度。

（6）建立運(yùn)行報(bào)表，間隔一定時間監(jiān)測真空值、SF6氣體的壓力值、空氣溫度濕度等的變化情況。

4 處理結(jié)果

更換新套管后對變壓器進(jìn)行抽真空、真空注油、熱油循環(huán)、72 h靜置以及排氣工作后，再進(jìn)行全套常規(guī)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格，變壓器性能狀態(tài)符合設(shè)備安全運(yùn)行要求。

5 結(jié)束語

從掛治電廠1號主變高壓側(cè)套管介損試驗(yàn)電容超標(biāo)原因查找過程中以及結(jié)果分析可知，變壓器高壓套管電容超差主要問題是絕緣破損，設(shè)備老化，根據(jù)認(rèn)真分析判斷后，提出了新的詳細(xì)處理方法，當(dāng)同類型的變壓器及高壓套管出現(xiàn)類似故障時，該案例和處理方法有重要參考價(jià)值。

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