取油樣工藝與變壓器套管進水受潮的關(guān)聯(lián)性分析

雷龍武

(國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，福建 福州 350007)

0 前言

油紙絕緣的變壓器套管是變壓器的主要附件之一，承擔著變壓器引線的絕緣和固定作用，具有結(jié)構(gòu)緊湊，電場強度高的特點，如有水分和雜質(zhì)進入套管，容易發(fā)生套管爆炸事故。

1 事故概述

1.1 事故經(jīng)過

一臺110kV主變正常運行中，差動保護、重瓦保護動作，本體輕瓦、壓力釋放閥報警，三側(cè)開關(guān)跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)C相套管電容芯子上竄，套管油枕與瓷瓶連接處脫離，露出電容芯子，密封失效，并向外漏油。

1.2 套管損壞情況

主變吊罩檢查發(fā)現(xiàn)C相套管下瓷套爆炸碎裂，散落在油箱內(nèi)部；檢查高壓引線，其包扎的絕緣基本完好，沒有電弧燒傷的跡象，未見其它異物。A相套管解體檢查發(fā)現(xiàn)套管下部均壓球和CT筒之間有十分明顯的放電痕跡，套管電容芯子基本完好，破裂的下瓷套內(nèi)壁有爬電熏黑痕跡，電容芯子錐形部位也有熏黑痕跡；檢查A相套管注油口，發(fā)現(xiàn)注油口的密封圈斷裂，密封圈邊沿有老化龜裂痕跡，密封圈已喪失彈性。同時檢查了非事故相套管注油孔的密封圈，雖然沒有斷裂，但老化程度更明顯，邊沿已發(fā)生龜裂。

圖1 C相套管下瓷套爬電爆炸 圖2 C相套管注油口密封螺栓及密封圈

圖3 事故相套管注油口密封圈老化斷裂 圖4 非事故相套管密封圈老化龜裂

2 套管進水原因分析

變壓器用密封材料的最佳壓縮量為25～35%，在此壓縮力度下，密封材料在松開后基本可以恢復(fù)彈性，若壓縮量超過35%以上，密封材料容易產(chǎn)生永久性變形，無法恢復(fù)原有的彈性和密封性能，并且容易斷裂和龜裂，在重復(fù)使用時容易導(dǎo)致密封失效。

本起事故原因是油務(wù)人員數(shù)次從注油口取油樣后未更換密封圈，也未使用力矩扳手旋緊注油口螺絲，無法控制密封圈的壓縮量。由于密封圈過度受壓，導(dǎo)致密封圈老化斷裂，注油孔上方的水分沿密封圈斷裂處進入套管內(nèi)部，并沿環(huán)氧絕緣筒內(nèi)表面流向套管底部，積聚于套管底部下瓷套內(nèi)部，使電容芯子錐形部位表面受潮，均壓球(高電位)對安裝法蘭盤(地電位)爬電，電流流經(jīng)路線是從均壓球沿環(huán)氧絕緣筒內(nèi)表面到金屬延長管，最后到達安裝法蘭盤(地電位)，放電使絕緣油裂解產(chǎn)生大量氣體，套管內(nèi)部壓力劇增，最終導(dǎo)致環(huán)氧絕緣筒爆裂。

3 不規(guī)范取油樣與套管進水的相關(guān)性分析

套管的高壓試驗對檢查內(nèi)部絕緣受潮是有效，但對內(nèi)部過熱及放電性故障靈敏度稍差，只有當放電或過熱導(dǎo)致電容屏擊穿引起套管電容量變化后才能發(fā)現(xiàn)。但油中氣體含量分析對放電、過熱等缺陷能在發(fā)展初期及時診斷出來，是一種非常有效的檢測手段[1]。因此國產(chǎn)套管一般都專門設(shè)計取樣口，位于末屏背面，方便取油樣進行絕緣油色譜分析。從取樣口取油樣操作較為簡單，一般發(fā)供電單位的油務(wù)人員經(jīng)過培訓(xùn)即可勝任此項工作。

合資或進口套管設(shè)計理念是不取油樣的免維護產(chǎn)品，因此套管沒有取樣口或需專用工具取油樣。注油口是制造廠為方便抽真空和注油而設(shè)計的，并不是為取油樣而設(shè)計的。當懷疑套管存在絕緣缺陷確需取油樣時，可以打開注油口取油樣，但是從注油口取油樣應(yīng)嚴格遵循制造廠的規(guī)定進行，必須進行清潔、更換密封圈、補油、旋緊密封螺絲、充氮氣維持微正壓等一系列復(fù)雜的工序。從注油口取油樣應(yīng)由制造廠經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員進行，發(fā)供電單位的油務(wù)人員未經(jīng)專門培訓(xùn)，操作不規(guī)范，容易引起注油口密封失效或?qū)愇锼謳нM套管等。筆者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多起因取油樣不規(guī)范引起的套管進水爆炸事故，包括注油口密封圈遺失、密封圈未放入限位槽而受擠壓變形、密封圈過度擠壓變形、螺絲未鎖緊進水等。圖5為一支套管注油口取油樣后“O”形密封圈未放入限位槽導(dǎo)致密封失效，水分進入套管，投運后不久就發(fā)生套管爆炸事故；圖6為套管爆炸后解體發(fā)現(xiàn)注油口“O”形密封圈遺失，分析認為是取油樣所致。

圖5 密封圈未放入限位槽而受壓變形 圖6 密封圈遺失導(dǎo)致套管進水

即使色譜分析能及時發(fā)現(xiàn)一些過熱性故障，但GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》、DL/T393-2010《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》等試驗規(guī)程并未將套管油中氣體含量分析列為例行試驗項目，主要因為現(xiàn)場取油樣容易造成不良后果，具體體現(xiàn)在：

(1)取油樣會破壞套管密封，在套管內(nèi)部產(chǎn)生負壓，在溫度劇烈變化時容易吸水受潮。

(2)頻繁取油樣會造成油位下降，甚至低于觀察窗油位下限，按照規(guī)定應(yīng)打開注油口補油，容易將水分、雜質(zhì)等帶入套管內(nèi)部。

(3)無論從注油口補油或取油，均須進行表面清潔、更換密封圈、補油、旋緊密封螺絲、充氮氣維持微正壓等復(fù)雜的工序，應(yīng)由制造廠經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員進行，而每次取油均請制造廠技術(shù)人員現(xiàn)場取油很明顯是不現(xiàn)實的，但發(fā)供電單位的油務(wù)人員未經(jīng)制造廠專業(yè)培訓(xùn)，并不適合在現(xiàn)場進行注油口的取油或補油工作，如：

a.每次打開注油口均需更換密封圈，因此從注油口取油樣容易忽視更換密封圈而導(dǎo)致密封失效。

b.注油口密封螺絲旋緊力度不易控制，太松容易進水，太緊容易引起密封圈過度壓縮，老化加快甚至斷裂，最終結(jié)果也是進水受潮。

c.補油操作工藝復(fù)雜，容易將雜質(zhì)或水分帶入套管。

d.為維持微正壓，一些制造廠要求補充壓縮氮氣，油務(wù)人員并未具備此項工作的工器具和技能。

4 建議

對于套管取油樣問題，建議按照相關(guān)規(guī)程進行，避免取油樣引起各種問題。

(1)現(xiàn)場取油樣會破壞套管的密封，使套管內(nèi)部產(chǎn)生負壓，因此不宜在現(xiàn)場進行取油樣的工作，在懷疑套管絕緣受潮、劣化，或者懷疑內(nèi)部可能存在過熱、局部放電等缺陷時應(yīng)取油樣進行油中氣體含量分析。GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》和DL/T393-2010《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》已經(jīng)闡明了現(xiàn)場套管油中氣體含量分析試驗的原則，本文不再贅述。

(2)取油樣人員應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)，嚴格按照規(guī)程規(guī)定和制造廠的規(guī)定從專用取樣口取油樣，避免將異物或水分帶入套管。

(3)套管廠家建議不取油或無取樣口的套管，如確需打開注油口取油樣或補油時，應(yīng)由制造廠技術(shù)人員進行，并按照工藝要求做好表面清潔、更換密封圈等的工序。

(4)重視套管電容量測試，電容量變化往往是內(nèi)部電容屏擊穿的結(jié)果，即使未超出標準規(guī)定的警示值，也應(yīng)根據(jù)套管電壓等級與電容屏的層數(shù)進行原因分析。

(5)運行時注意巡查，如發(fā)現(xiàn)套管存在油位異常或滲漏油時應(yīng)注意分析原因，必要時停電檢查。

5 結(jié)束語

過熱性和放電性故障是油紙絕緣設(shè)備常見故障，都會引起故障點周圍的絕緣油和固體絕緣材料分解而產(chǎn)生氣體，并溶解到油中，因此可以根據(jù)油中溶解的特征氣體的含量來分析故障的特點和嚴重程度。油中溶解氣體含量分析與高壓試驗互為補充，可以從不同方面對設(shè)備故障性質(zhì)進行分析，是油紙絕緣設(shè)備故障分析的重要手段。但是對于套管等高場強、少油量的設(shè)備，取油樣易引起內(nèi)部負壓、進水等不良后果，因此對于取油樣的工作必須嚴格按照相關(guān)規(guī)程規(guī)定和制造廠的要求進行，相關(guān)工作人員也必須經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)，才能降低取油樣的副作用，并充分發(fā)揮油中氣體含量分析的作用。