一起110 kV 油浸式變壓器高壓套管異常發(fā)熱缺陷診斷

朱振華，周 華，于大洋，劉英男

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司物資公司，山東 濟(jì)南 250021；3.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061）

0 引言

電力變壓器的套管是將變壓器內(nèi)部的高、低壓繞組引線引至油箱外部的出線裝置，不僅使引線對(duì)地絕緣，還能夠固定引線，是變壓器重要附件之一［1］。變壓器套管溫度過(guò)高直接影響變壓器的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電回路連接件燒損、熔焊或毀壞，密封件老化、失效，套管滲漏油等［2］。因此，對(duì)變壓器套管的正確維護(hù)對(duì)確保變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的作用［3-6］。

紅外檢測(cè)技術(shù)是目前電力行業(yè)廣泛應(yīng)用的一種檢測(cè)設(shè)備故障的手段，能準(zhǔn)確測(cè)溫并判別設(shè)備工況或判斷缺陷的部位和性質(zhì)。電力設(shè)備在運(yùn)行中，長(zhǎng)期受到電場(chǎng)、溫度、機(jī)械振動(dòng)的作用，加上惡劣天氣、人為設(shè)備施工等不良條件的影響，會(huì)出現(xiàn)設(shè)備接觸電阻變大、介質(zhì)損耗增加等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致設(shè)備局部過(guò)熱。由于發(fā)熱情況不同，設(shè)備會(huì)發(fā)出不同強(qiáng)度的紅外輻射，紅外熱像儀接收這些輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到與設(shè)備表面熱分布相應(yīng)的熱像圖，對(duì)異常的設(shè)備熱像圖分析可初步判定缺陷位置及類型［7-10］。

總結(jié)了變壓器套管發(fā)熱類型與發(fā)熱圖譜特征，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)案例，分析一類新的變壓器套管發(fā)熱原因，提出了變壓器套管整體發(fā)熱的判斷方法。

1 變壓器套管發(fā)熱類型

變壓器套管發(fā)熱類型分為電流致熱型和電壓致熱型兩類［11］。

變壓器套管電流致熱型缺陷多發(fā)生在套管載流部位，如將軍帽、柱頭連接處等，由接觸不良、松動(dòng)或接觸表面氧化引起接觸電阻增大，連接部位會(huì)因電阻損耗造成局部過(guò)熱。該類缺陷在紅外熱像檢測(cè)過(guò)程中易發(fā)現(xiàn)，紅外熱像特征為：以發(fā)熱部位為中心，發(fā)熱部位最為明亮。典型紅外圖譜如圖1 所示。

圖1 變壓器套管電流致熱型缺陷紅圖譜

變壓器套管電壓致熱型缺陷由套管絕緣電介質(zhì)損耗增大導(dǎo)致。絕緣電介質(zhì)損耗產(chǎn)生的發(fā)熱功率與所施加的工作電壓平方成正比，與負(fù)荷電流無(wú)關(guān)［11］。造成套管介質(zhì)損耗增加的原因有以下3 方面：

1）密封不嚴(yán)，進(jìn)水受潮，紅外熱像特征為：套管整體發(fā)熱，變壓器套管上部溫度較下部溫度較高，紅外圖譜如圖2 所示。

圖2 變壓器套管進(jìn)水受潮缺陷紅外圖譜

2）表面污穢，導(dǎo)致表面瓷套內(nèi)壁出現(xiàn)局部放電，導(dǎo)致內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)劣化，紅外熱像特征為：套管表面溫度不均勻，局部發(fā)熱，紅外圖譜如圖3 所示。

3）油浸式套管由于滲漏造成缺油或假油位。紅外熱像特征為： 缺油套管有明顯上低下高溫度梯度分布，且梯度分界線呈水平與油枕油位線平齊，與變壓器負(fù)荷電流關(guān)系不明顯，但與主變壓器本體溫度及環(huán)境溫度之間的相對(duì)溫差關(guān)系明顯，溫差越大，分界面溫度差別越大，紅外圖譜如圖4 所示。

圖3 變壓套管表面污穢 缺陷紅外圖譜

圖4 變壓器套管缺油缺陷紅外圖譜

2 案例分析

2.1 紅外測(cè)溫

2020 年1 月5 日對(duì)某110 kV 變電站室內(nèi)1 號(hào)變壓器進(jìn)行紅外測(cè)溫，如圖5 所示。1 號(hào)主變壓器A相高壓側(cè)套管本體溫度高于其他兩相，1 號(hào)主變壓器A 相高壓側(cè)套管本體溫度為17.7 ℃，正常相溫度為13.2 ℃，環(huán)境溫度6 ℃，初步判斷A 相高壓套管異常。通過(guò)肉眼觀察，套管油位正常，套管周圍及表面無(wú)異?，F(xiàn)象。

圖5 變電站高壓側(cè)A 相套管紅外圖譜

2020 年1 月6 日對(duì)1 號(hào)主變壓器套管進(jìn)行紅外復(fù)測(cè)，如圖6 所示。1 號(hào)主變壓器的高壓側(cè)A 套管本體溫度17.9 ℃，正常相溫度13.6 ℃，環(huán)境溫度6 ℃，與上次測(cè)量結(jié)果一致。

檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1 所示，其中溫升為A 相套管本體與環(huán)境溫度之差，溫差為A 項(xiàng)套管本體與正常相溫度之差，相對(duì)溫差為發(fā)熱點(diǎn)溫差與溫升之比。

圖6 變電站高壓側(cè)A 相套管紅外復(fù)測(cè)圖譜

表1 變壓器高壓側(cè)A 相套管溫度數(shù)據(jù)

根據(jù)DL／T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》和國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)定的變電檢測(cè)對(duì)電壓致熱型設(shè)備紅外缺陷的判定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合紅外圖譜特征判斷該變壓器套管本體發(fā)熱屬于電壓致熱型缺陷，其發(fā)熱特征為：套管整體發(fā)熱，且發(fā)熱溫度均勻，套管整體無(wú)溫差［12］。DL／T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》 中，電壓致熱型缺陷診斷判據(jù)如表2 所示，結(jié)合變壓器套管發(fā)熱類型，判斷為套管進(jìn)水受潮導(dǎo)致。

表2 電壓致熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)

對(duì)電壓致熱型缺陷的確定及處理方法，DL／T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》給出了明確的規(guī)定［12］：當(dāng)設(shè)備存在過(guò)熱，或出現(xiàn)熱像特征異常，程度較嚴(yán)重，應(yīng)早做計(jì)劃，安排處理。對(duì)電壓致熱型設(shè)備，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并安排其他測(cè)試手段進(jìn)行檢測(cè)，缺陷性質(zhì)確認(rèn)后，安排計(jì)劃消缺。

2.2 油色譜分析

2020 年1 月6 日對(duì)主變壓器110 kV 套管取油進(jìn)行油色譜試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表3 所示。由表3 可知，1號(hào)主變壓器A、B、C 三相套管油色譜數(shù)據(jù)均未超閾值，根據(jù)DL／T 722—2014 特征氣體判斷［13］，三相套管油色譜數(shù)據(jù)無(wú)異常。

表3 110 kV 1 號(hào)主變壓器110 kV 套管色譜分析數(shù)據(jù) μL／L

2.3 故障檢修

分析油色譜數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，油色譜分析結(jié)論與紅外測(cè)溫結(jié)論相反，判斷套管不存在進(jìn)水受潮問(wèn)題，但無(wú)法判斷套管缺陷的具體原因。由于該變壓器位于室內(nèi)，其套管上方情況不易觀察，根據(jù)紅外熱像判斷該變壓器套管缺陷為電壓致熱性缺陷，檢修人員綜合分析上報(bào)意見(jiàn)安排停電檢修處理。變壓器停電后，檢修人員進(jìn)入變壓器套管下方，發(fā)現(xiàn)A 相套管將軍帽開(kāi)裂，如圖7 所示，有油從套管頂部緩慢溢出，溢出的油漬導(dǎo)致套管整體發(fā)熱，由于溢油速率慢，油漬還未流到變壓器本體，只在套管表面殘留油漬，應(yīng)對(duì)變壓器A 相套管進(jìn)行整體更換，更換的新套管如圖8 所示。

該故障套管致熱原因?yàn)椋?套管頂部將軍帽密封不嚴(yán)，套管內(nèi)部油由將軍帽縫隙溢出，導(dǎo)致套管內(nèi)部缺油，套管內(nèi)部絕緣損耗增大而發(fā)熱。

變壓器套管更換完成投入運(yùn)行后，檢測(cè)人員再次對(duì)套管進(jìn)行紅外檢測(cè)，如圖9 所示，套管溫度正常。

圖7 將軍帽開(kāi)裂

圖8 更換新套管

圖9 檢修后紅外檢測(cè)

2.4 故障判斷

在該案例處置過(guò)程中，運(yùn)檢人員根據(jù)變壓器高壓套管紅外圖譜特征進(jìn)行判斷，易將該缺陷原因判斷為高壓套管進(jìn)水受潮，在進(jìn)行油色譜分析時(shí)未見(jiàn)異常數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)高壓套管的缺陷進(jìn)行定性，不利于高壓套管的缺陷處置。

結(jié)合本案例的處置過(guò)程，給出了油浸式變壓器高壓套管整體發(fā)熱缺陷原因輔助判斷方法，如表4所示，可用于后續(xù)變壓器套管的紅外熱像缺陷檢測(cè)。

表4 變壓器高壓套管整體發(fā)熱缺陷原因判斷

3 結(jié)語(yǔ)

變壓器高壓套管開(kāi)裂，導(dǎo)致套管絕緣油緩慢溢出，絕緣油附著在套管表面，從而導(dǎo)致套管發(fā)熱。該缺陷初期運(yùn)維人員無(wú)法通過(guò)肉眼發(fā)現(xiàn)，需結(jié)合紅外測(cè)溫進(jìn)行檢測(cè)。

電壓致熱型缺陷不易發(fā)現(xiàn)而出現(xiàn)漏檢情況，運(yùn)檢人員需加強(qiáng)對(duì)套管類設(shè)備，尤其是充油類套管設(shè)備的紅外檢測(cè)，在對(duì)套管類設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，避免燈光和陽(yáng)光對(duì)設(shè)備直射影響。