一起110 kV主變壓器套管受潮導(dǎo)致的故障分析

李 林，廖文龍，鄧 勇

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司德陽(yáng)供電公司，四川 德陽(yáng) 618000；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

高壓套管是電力變壓器重要組件，主要用于固定引線和提供絕緣支撐，在運(yùn)行中長(zhǎng)期承受工作電壓和電流，同時(shí)還要承受各種過(guò)電壓及短路沖擊電流，其運(yùn)行環(huán)境非常惡劣[1-2]。一旦套管爆炸故障，易引起變壓器擊穿，造成嚴(yán)重的損傷，往往需要變壓器返廠大修，耗費(fèi)較大的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本[3]。隨著運(yùn)行檢修經(jīng)驗(yàn)的積累，變壓器套管密封問(wèn)題已是變壓器安全運(yùn)行的巨大隱患。如果密封失效，雨水將進(jìn)入套管內(nèi)部，或者沿著套管銅導(dǎo)管中的引線滲入變壓器內(nèi)部，從而威脅到變壓器安全運(yùn)行[4]。

某日，110 kV某變電站1號(hào)主變壓器場(chǎng)地發(fā)生爆炸聲響，主控后臺(tái)發(fā)出1號(hào)主變壓器兩側(cè)斷路器跳閘，本體輕重瓦斯動(dòng)作、壓力釋放器動(dòng)作信號(hào)。巡視檢查，發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變壓器110 kV側(cè)C相套管爆炸，1號(hào)主變壓器本體起火、大蓋嚴(yán)重噴油。該變壓器型號(hào)為SZ9-40000/110，高壓側(cè)套管為油紙電容式變壓器套管，型號(hào)為BRDLW-110/630-3，1999年5月生產(chǎn)，2000年4月投運(yùn)。

下面通過(guò)故障后油色譜分析、套管檢查，詳細(xì)分析了造成故障的原因，并針對(duì)該故障提出了相應(yīng)的整改措施。

1 故障檢查

1號(hào)主變壓器110 kV側(cè)3只套管已炸裂，其中110 kV側(cè)C相套管燒損最為嚴(yán)重，并被沖至地面。圖1從左至右分別是A、B、C相套管，B相套管靠近C相的瓷套破裂，靠近A相瓷套還殘留一部分，說(shuō)明B相套管受到來(lái)自C相套管的沖擊力。同時(shí)，檢查1號(hào)主變壓器110 kV側(cè)引線，發(fā)現(xiàn)B、C相引線線夾斷裂，A相引線線夾完好。

圖1 主變壓器燒損情況

檢查1號(hào)主變壓器110 kV C相套管瓷瓶，發(fā)現(xiàn)瓷瓶?jī)?nèi)部上端區(qū)域有明顯圓形放電區(qū)域和長(zhǎng)條形放電痕跡(由上至下部末屏接地處)，如圖2所示。經(jīng)測(cè)量，放電點(diǎn)為位于距套管頂部?jī)?chǔ)油柜33 cm處，半徑為5 cm的圓形區(qū)域，該放電區(qū)域恰好位于套管電容屏零屏與1屏之間。

圖2 套管放電痕跡

故障后，對(duì)變壓器本體油進(jìn)行取樣分析，油色譜分析結(jié)果如表1所示。

2 故障原因分析

2.1 油色譜分析

從表1可以看出，變壓器本體中C2H2含量為43.87 μL/L(注意值為5 μL/L)，H2含量為177.73 μL/L(注意值為150 μL/L)，總烴含量為373.89 μL/L(注意值為150 μL/L)，三比值為101，按照GB/T 7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中的故障類型判斷可知，其故障類型為低能放電[5]。如果1號(hào)主變壓器本體內(nèi)部故障導(dǎo)致套管爆炸，C2H2與總烴含量一定會(huì)超標(biāo)很多，低能放電不會(huì)引起套管的爆炸，并且主變壓器著火被撲滅后取的油樣分析，其結(jié)果會(huì)受到一定程度的干擾，因此可以排除主變壓器內(nèi)部故障原因。

表1 油色譜數(shù)據(jù)

2.2 套管缺油分析

1號(hào)主變壓器發(fā)生故障，110 kV側(cè)C相套管被炸飛至地面，第2天檢查發(fā)現(xiàn)，套管儲(chǔ)油柜內(nèi)仍有大量變壓器油。對(duì)套管儲(chǔ)油柜進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)壓緊彈簧上仍有被變壓器油浸泡過(guò)的痕跡，說(shuō)明故障前套管儲(chǔ)油柜是有油的，可以排除套管缺油的可能。另外套管為直立式，可以排除假油位的可能。

爆炸前20日，變電站內(nèi)有檢修工作，檢查了1號(hào)主變壓器本體、有載及套管油位，發(fā)現(xiàn)外部無(wú)滲漏油現(xiàn)象，油位均在正常范圍內(nèi)。

綜上所述，可以排除套管缺油的可能性。

2.3 末屏接地不良分析

假如末屏接地不良，末屏對(duì)地會(huì)形成一個(gè)電容，而這個(gè)電容遠(yuǎn)小于套管本身的電容，按照電容串聯(lián)的原理，將在末屏與地之間形成很高的懸浮電位，造成末屏對(duì)地放電，燒毀附件的物體。對(duì)故障套管解體發(fā)現(xiàn)，末屏接地外觀良好，接地螺帽未發(fā)現(xiàn)高溫?zé)Y(jié)痕跡，同時(shí)，套管內(nèi)部放電區(qū)域也不在末屏附近，可以排除套管末屏接地不良導(dǎo)致套管故障的可能性。

2.4 套管進(jìn)水受潮分析

對(duì)1號(hào)主變壓器三相套管的注油孔進(jìn)行了檢查。發(fā)現(xiàn)注油孔膠墊有破損，如圖3所示。推測(cè)套管因進(jìn)水受潮發(fā)生炸裂。

圖3 C相套管解體

因該站2號(hào)主變壓器套管與1號(hào)主變壓器套管為同一批次產(chǎn)品，利用停電機(jī)會(huì)對(duì)2號(hào)主變壓器套管進(jìn)行了檢查。在對(duì)套管取油樣前，檢查套管注油孔膠墊密封情況。注油孔螺絲緊固，說(shuō)明上次取油樣時(shí)，注油孔螺絲正確恢復(fù)。擰開(kāi)螺絲，檢查內(nèi)部膠墊及密封情況，發(fā)現(xiàn)O相套管膠墊老化，內(nèi)部有進(jìn)水受潮的痕跡，A相套管內(nèi)部正常無(wú)進(jìn)水痕跡，C相套管內(nèi)部有受潮情況，檢查情況如圖4所示?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)注油孔膠墊進(jìn)行了更換。

圖4 2號(hào)主變壓器套管檢查情況

通過(guò)對(duì)故障套管同一批次套管進(jìn)行檢查，證明了所做推斷：110 kV套管爆炸的原因是套管注油孔膠墊存在質(zhì)量缺陷，易老化變形，從而導(dǎo)致套管進(jìn)水受潮。

同一時(shí)期該廠家套管發(fā)生的類似故障有：東北地區(qū)某500 kV電容套管在爆炸前兩個(gè)月剛剛進(jìn)行過(guò)檢修試驗(yàn)；某電廠電容套管試驗(yàn)后半年發(fā)生爆炸事故；安徽一臺(tái)變壓器套管在年度檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品介質(zhì)損耗變大，已進(jìn)水受潮，解體后發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)油柜油塞也有進(jìn)水的痕跡。上述故障均為套管儲(chǔ)油柜注油孔膠墊質(zhì)量缺陷所致。

當(dāng)套管儲(chǔ)油柜注油孔膠墊老化引起密封不嚴(yán)，水分進(jìn)入套管儲(chǔ)油柜，會(huì)順著導(dǎo)電桿流下，在零屏與1屏之間積聚，導(dǎo)致絕緣狀況劣化，產(chǎn)生局部放電致零屏與1屏之間電容擊穿，在套管內(nèi)部留下放電痕跡，如圖5所示。

圖5 套管放電

套管注油孔結(jié)構(gòu)如圖6所示，由定位塊固定膠墊，外部利用螺塞旋轉(zhuǎn)壓緊定位塊下方膠墊實(shí)現(xiàn)套管內(nèi)部的密封。圖6(b)中套管注油孔定位塊結(jié)構(gòu)為與故障套管同一批次產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，膠墊為壓縮后的狀態(tài)，其厚度為2.9 mm，定位塊正常壓緊后剩余間隙為2.44 mm，而膠墊被壓緊后的厚度為2.4 mm，說(shuō)明螺塞已壓緊定位塊，并有0.04 mm的裕量。膠墊被壓縮了17%，而膠墊壓縮量控制在30%左右才能起到較好的密封效果，說(shuō)明該批膠墊已老化變形，壓縮量減小，密封性能變差。

圖6 套管注油孔結(jié)構(gòu)

3 結(jié) 論

根據(jù)上述分析，該變壓器起火主要是套管注油孔膠墊老化變形、壓縮量減小、密封失效引起。套管故障現(xiàn)象為套管零屏與1屏之間電容擊穿，在套管瓷套內(nèi)部中導(dǎo)電管對(duì)地貫穿性放電。

為了保證變壓器安全運(yùn)行，提出以下措施：套管每次取油樣和注油后必須更換取樣口和注油口的密封墊并涂厭氧膠；同時(shí)加強(qiáng)紅外測(cè)溫在套管故障診斷中的應(yīng)用。紅外熱成像檢測(cè)方法可以有效檢查變壓器套管在運(yùn)行條件下的各種熱缺陷和故障。一般可以檢出3類缺陷：一是因其絕緣不良而使介損增大；二是套管引出線連接不良，造成接觸電阻增大引起將軍帽局部發(fā)熱；三是因套管泄露(內(nèi)漏和外漏)或注油未排氣而造成缺油現(xiàn)象。