變壓器套管受潮缺陷分析

袁浚峰,熊玉剛,冀 輝,常壽洋,陰麗美

(國網(wǎng)河北省電力有限公司衡水供電分公司,河北 衡水 053000)

高壓套管長期處于全電壓、大電流環(huán)境下運行,由于介質(zhì)特性復(fù)雜,局部放電、介質(zhì)發(fā)熱等問題比較突出[1]。近年來,變壓器套管事故頻發(fā),對變壓器造成不同程度的損壞[2-3],套管故障已成為引起變壓器故障的主要原因。因此,文中通過對一起變壓器套管受潮典型案例的分析,提出整改措施,為套管受潮故障檢測與診斷提供一定的理論與試驗基礎(chǔ)。

1 概述

2019年5月,某110 k V 變電站2號主變壓器進行試驗時,發(fā)現(xiàn)該變壓器高壓側(cè)W 相套管電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)均嚴(yán)重超標(biāo),查看該套管歷史試驗數(shù)據(jù)均在合格范圍內(nèi),故對該變壓器深入檢測及分析,利用油色譜、高壓試驗、解體等手段找出故障原因。

2 原因分析

2.1 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1.1 油色譜及微水試驗

分析該套管現(xiàn)場和歷史試驗數(shù)據(jù),認(rèn)為該套管進水可能性較大,故對該變壓器高壓側(cè)W 相套管絕緣油進行試驗,試驗數(shù)據(jù)如表1所示。發(fā)現(xiàn)絕緣油中微水含量45.6 mg/L,超過注意值35 mg/L,而2013年這2 項試驗數(shù)據(jù)正常,初步判斷,2013年后設(shè)備內(nèi)部存在一定程度的受潮,同時出現(xiàn)微量乙炔,可能存在高能量密度的電弧放電。

表1 套管油色譜及微水試驗數(shù)據(jù) μL/L

2.1.2 介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量試驗

Q/GDW 1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定:套管電容量初值差不超過±5%(警示值),110 k V 電壓等級的高壓套管的tanδ 不大于0.01(注意值)。

2019年5月23日,對2號主變壓器110 k V側(cè)W 相套管進行介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量測試,試驗數(shù)據(jù)見表2。介質(zhì)損耗因數(shù)為1.499%,超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.01,電容量為302.1 p F,比銘牌電容值276 p F增長了9.46%,超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5%,由此可知,套管內(nèi)部存在受潮,且電容層存在擊穿現(xiàn)象。

表2 套管介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量數(shù)據(jù)

結(jié)合油色譜和微水試驗,認(rèn)為套管密封不良導(dǎo)致套管內(nèi)部與空氣連通,套管內(nèi)絕緣油嚴(yán)重受潮,介質(zhì)損耗升高;同時套管內(nèi)電容屏部分擊穿或短路,造成電容量變大。

為進一步明確超標(biāo)原因,對該相套管進行換油處理。換油后重新測試,套管介質(zhì)損耗及電容量無明顯變化。由此可知,套管絕緣油并不是導(dǎo)致介質(zhì)損耗及電容量超標(biāo)的主要原因。

2.2 解體檢查情況

為更深入的查找缺陷原因,對該套管進行解體檢查及逐層絕緣試驗,解體檢查過程如下。

2.2.1 拆除將軍帽

拆除將軍帽,發(fā)現(xiàn)將軍帽下部膠墊處有銹蝕,同一位置相應(yīng)彈簧處有銹蝕附著物,結(jié)合微水試驗數(shù)據(jù),將軍帽內(nèi)曾有微量水分進入該處存留。同時,根據(jù)缺陷發(fā)現(xiàn)時套管油位正常,說明將軍帽內(nèi)微量水分從膠墊處進入,如圖1所示。

2.2.2 移除瓷套等部件

依次拆除外護套等部件外觀檢查良好,套管末屏處、外層絕緣紙及電容芯底部未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

圖1 將軍帽

2.2.3 切剝電容屏并試驗

為深入確定缺陷位置,從末屏開始依次切剝,并對套管電容芯進行絕緣電阻及介質(zhì)損耗因數(shù)試驗,數(shù)據(jù)見表3。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)介質(zhì)損耗因數(shù)隨電容屏的逐層剝離呈上升趨勢,直至第19層電容屏至套管電容芯間的絕緣試驗時,發(fā)現(xiàn)其絕緣電阻值為0,可判定為第19層電容屏至套管電容芯間絕緣已被擊穿。通過圖2套管電容芯底部放電痕跡所示,第19層電容屏至套管電容芯間絕緣紙和電容屏已全部擊穿,套管電容芯底部嚴(yán)重灼傷。

表3 各電容層介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量數(shù)據(jù)

圖2 套管電容芯底部放電痕跡

2號主變壓器W 相套管解體后電容層介質(zhì)損耗因數(shù)見圖3,第9層電容屏至套管電容芯間介質(zhì)損耗因數(shù)大于注意值0.01,且隨著電容屏的層數(shù)增加而逐漸增加,故隨電容屏至套管電容芯距離越小而越大,靠近電容芯最近的第18層電容屏至套管電容芯間介質(zhì)損耗因數(shù)最大。

圖3 2號主變壓器W 相套管解體后電容層介質(zhì)損耗因數(shù)

綜上所述,缺陷形成主要原因是將軍帽密封不嚴(yán)導(dǎo)致潮氣進入,逐漸銹蝕將軍帽底部。由于重力作用,水氣沿著套管逐漸下沉,直至最底部。第20層電容屏與套管電容芯間的電壓約為3 k V,隨著水汽的累積,絕緣紙吸附水分的增加,耐壓強度逐漸變小,最終產(chǎn)生放電。解體中發(fā)現(xiàn),電容屏出現(xiàn)多處褶皺,纏繞工藝不良,特別是在底部邊緣處,褶皺的電容屏造成電場分布不均,更易發(fā)生放電。因此,在該處局部放電加劇、溫度升高,形成惡性循環(huán),最終擊穿部分電容屏和絕緣紙,導(dǎo)致電容量和介質(zhì)損耗升高。

3 整改措施及建議

a.嚴(yán)把出廠關(guān),加強套管制造質(zhì)量管理,細(xì)化工藝控制,嚴(yán)格把關(guān)每個環(huán)節(jié)。

b.將套管油中水分檢測列為例行試驗必選項目。

c.加強變壓器套管帶電測試,對油中溶解氣體增長趨勢明顯的套管進行高頻局部放電,相對介質(zhì)損耗、相對電容量測試及紅外精確測溫工作,進一步積累數(shù)據(jù),并注重數(shù)據(jù)變化趨勢的分析,運用縱橫比較法、顯著性差異分析法進行綜合分析。

d.結(jié)合例行停電檢修,嚴(yán)查變壓器套管將軍帽,重點關(guān)注將軍帽安裝精度和部件老化問題。

e.將將軍帽密封不嚴(yán)導(dǎo)致套管受潮作為典型問題繼續(xù)進行挖掘分析。

4 結(jié)束語

套管受潮嚴(yán)重威脅變壓器的穩(wěn)定運行,因此應(yīng)加以重視,靈活運用多種手段對變壓器進行綜合分析,充分積累經(jīng)驗,并做相應(yīng)記錄,減少套管受潮對變壓器的危害,提高電網(wǎng)運行的可靠性。同時,利用高壓試驗研究了末屏至套管電容芯之間的絕緣性能,得出了隨電容屏距電容芯的距離越近介質(zhì)損耗因數(shù)及其增量越大的規(guī)律,逐漸累積導(dǎo)致放電、灼傷套管電容芯的經(jīng)驗,為變壓器套管受潮故障檢測與診斷提供參考。