一起套管進(jìn)水致主變跳閘事故分析

文/林展洪

0 引言

套管是電力變壓器的主要附件之一，引線通過變壓器套管與外部電網(wǎng)連接，套管對(duì)引線提供了支撐和絕緣作用。近年來，國(guó)內(nèi)品牌變壓器套管產(chǎn)品工藝不斷完善、質(zhì)量控制不斷前移，使得套管產(chǎn)品本身質(zhì)量日趨穩(wěn)定，出現(xiàn)問題幾率較少，但其安裝維護(hù)的工藝由于現(xiàn)場(chǎng)安裝人員水平或質(zhì)量控制執(zhí)行水平參差等原因，難以得到有效控制。在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生因安裝維護(hù)過程工藝質(zhì)量不過關(guān)，導(dǎo)致套管密封不良而進(jìn)水，最終影響變壓器的安全運(yùn)行的案例。本文以一起套管進(jìn)水致主變跳閘事故為例，通過排查事故發(fā)生經(jīng)過及分析原因，提出相應(yīng)的安裝維護(hù)措施和建議，避免類似事故發(fā)生。

1 事故描述

事故中的變壓器為退運(yùn)牽引變壓器，產(chǎn)品銘牌參數(shù)為QYD-40000/220，額定電壓為220/2×27.5 kV，冷卻方式為ONAN。事故中的變壓器在事故發(fā)生當(dāng)年6月底一拆一裝就位，8月初受電啟動(dòng)，11月初停運(yùn)，次年4月初空載投入運(yùn)行，4月5日發(fā)生差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘后，對(duì)變壓器進(jìn)行排查檢測(cè)，主變壓器（以下簡(jiǎn)稱“主變”）油樣乙炔含量超標(biāo)。油化驗(yàn)主要數(shù)據(jù)見表1。

表 1 變壓器主體油樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)

油化驗(yàn)結(jié)果顯示，油樣擊穿電壓不合格，烴類氣體含量偏大，其中乙炔值為45.0μL/L，初步推斷變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮，運(yùn)行過程中存在電弧放電或局部過熱現(xiàn)象。

2 故障排查

將該主變及相關(guān)附件拆除后返廠吊罩檢查。對(duì)主變進(jìn)行吊罩檢查，隨后對(duì)主變進(jìn)行入爐烘干處理，出爐后對(duì)變壓器進(jìn)行解體檢查。

2.1 主變吊罩檢查情況

變壓器外觀檢查，箱體外觀正常，箱底緊固螺絲、接地連接片等正常，油枕及呼吸器未見受潮痕跡。檢查引線對(duì)箱殼、夾件無放電現(xiàn)象，開關(guān)各分接引線之間無過熱、放電現(xiàn)象，所有分接引線與開關(guān)連接牢固可靠。

下油箱四周有大量水跡沉淀，并有碳化物和不明物體污染情況（見圖1）。X相高壓線圈下部絕緣支撐板有明顯碳化物污染（見圖2），引線端部絕緣紙有發(fā)黑、發(fā)脹、散落情況，引線接線銅頭有發(fā)黑現(xiàn)象（見圖3）。線圈端部絕緣壓板有輕微污染，懷疑為水分積淀浸泡所致（見圖4）。

圖1 下油箱水跡沉淀物

圖2 X相線圈下部支撐板碳化

圖3 X相引線絕緣紙發(fā)黑、散落

圖4 X相線圈端部壓板水跡

檢查高壓X相套管（黃色）發(fā)現(xiàn)，“將軍帽”與套管頭間密封面的墊圈有缺口，對(duì)應(yīng)的緊固螺釘孔爆裂，定位銷位置有明顯銹跡（見圖5）。X相套管“將軍帽”內(nèi)側(cè)與A相對(duì)比有明顯氧化痕跡（見圖6）。高壓A相套管膠圈未見失效。

圖5 X相套管頭密封膠圈失效

圖6 X相將軍帽明顯氧化痕跡

2.2 器身解體檢查情況

拆除上橫軛鐵心，拆除線圈端部絕緣壓板，吊出高低壓線圈作全面檢查。拆除X相高壓圍屏，發(fā)現(xiàn)X相高壓線圈有匝間短路放電現(xiàn)象，表面遺留有大量的碳化物和少量燒蝕的銅珠，從下部引出線位置往上數(shù)起，第15至第31餅導(dǎo)線絕緣燒黑碳化（見圖7），第15至第17共3餅導(dǎo)線燒蝕熔斷并有變形凸起現(xiàn)象；其余線圈未見異常。

圖7 X相線圈匝間短路情況

3 事故原因分析

3.1 變壓器進(jìn)水原因分析

變壓器水分的來源主要有三種：一是殘留水分（工廠處理后，殘留水分的典型值為0.5%或更低）；二是外部進(jìn)入的水分（維修/安裝，連接處的不完全密封，以及和空氣間的壓差）；三是纖維絕緣老化。從上述材料推測(cè)，本次事故是安裝施工不當(dāng)使密封系統(tǒng)失效而造成的。

變壓器拆裝過程中，施工人員安裝工藝不當(dāng)，套管“將軍帽”緊固螺栓迫爆了螺釘孔，且破壞了彈性墊圈的結(jié)構(gòu)，致使套管密封系統(tǒng)失效?！皩④娒薄迸c引線相連接，所以“將軍帽”兼有密封和導(dǎo)電雙重作用，緊固螺栓受力不均勻會(huì)導(dǎo)致套管頭部結(jié)構(gòu)發(fā)熱，加速密封件的老化失效。該變壓器套管頂部高于變壓器油枕，變壓器運(yùn)行過程中，由于負(fù)荷、環(huán)境溫度變化等原因，正常情況下油位通過油枕與外界進(jìn)行呼吸。但由于套管頂部密封系統(tǒng)被破壞，套管內(nèi)導(dǎo)電桿上部的空氣氣室會(huì)通過膠墊與外界大氣相連通，疊加運(yùn)行時(shí)變壓器的振動(dòng)及引線拉力等因素影響，在油箱內(nèi)部出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，水分會(huì)沿著引線滲入箱體里面。

綜上，進(jìn)水路徑推測(cè)為：X相高壓套管接線柱部位→X相高壓引線→X相高壓線圈底部出線位置→X相高壓線圈內(nèi)部及主變內(nèi)部。

3.2 放電原因分析

液體介質(zhì)中含有水分，如果水分溶解于液體介質(zhì)中，則對(duì)擊穿電壓影響不大；如果變壓器油中的水分超過了飽和值，水分呈游離狀態(tài)，則絕緣強(qiáng)度明顯下降。水分與纖維雜質(zhì)共存時(shí)，水分的影響更為嚴(yán)重。

水分沿引線進(jìn)入變壓器內(nèi)部，附在或游離在引線絕緣紙周圍，使油紙絕緣強(qiáng)度大大降低，疊加主變本身絕緣的自然老化，在線圈絕緣薄弱處發(fā)生匝間放電。

4 改進(jìn)措施及建議

本次事故主要原因是施工隊(duì)伍在變壓器檢修拆裝過程中未正確執(zhí)行套管安裝工藝，后續(xù)驗(yàn)收、運(yùn)行等過程也沒有相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。為防止類似的事故發(fā)生，提出以下建議：

對(duì)于結(jié)構(gòu)特殊或安裝工藝要求高的設(shè)備，需要嚴(yán)格執(zhí)行自檢互檢專檢制度，過程做好施工工序記錄，關(guān)鍵位置拆裝前后做好標(biāo)記，必要時(shí)請(qǐng)廠家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工，嚴(yán)格保證驗(yàn)收質(zhì)量；對(duì)于質(zhì)量狀態(tài)不明確的設(shè)備主附件應(yīng)做好評(píng)估，質(zhì)量不過關(guān)的零部件及時(shí)更換并做好記錄，方便日后重點(diǎn)監(jiān)控；在設(shè)備運(yùn)行期間特別是運(yùn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（如投運(yùn)初期、負(fù)載過大時(shí)、異常天氣后等），加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的巡視，定期做好紅外測(cè)溫、油化驗(yàn)測(cè)試等工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備有無局部過熱、油色譜異常等情況；變壓器吊罩檢修或入箱檢修時(shí)必須遵守設(shè)備廠家要求執(zhí)行，繞組不能在現(xiàn)場(chǎng)暴露時(shí)間過長(zhǎng)，入箱需穿專用工作服、清點(diǎn)專用工具；對(duì)于在檢修過程中發(fā)現(xiàn)的絕緣紙松散、墊塊移位等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)做好包扎、緊固等措施；變壓器注油、濾油、抽真空、靜置時(shí)間等均應(yīng)按照廠家工藝要求或標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并做好過程和驗(yàn)收記錄；定期對(duì)變壓器進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)和檢修，定期檢查設(shè)備的橡皮墊片、墊圈，檢查是否有滲漏油現(xiàn)象，保證設(shè)備沒有“帶病運(yùn)行”。

5 結(jié)語

變壓器正常情況下通過油枕的呼吸，其油位指示應(yīng)符合器身上貼的油位-溫度曲線圖，所以平時(shí)應(yīng)注意本體儲(chǔ)油柜油位的監(jiān)視，觀察油位隨負(fù)荷大小或環(huán)境溫度的變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器本體、儲(chǔ)油柜、油位計(jì)、呼吸器、密封系統(tǒng)等可能存在的問題。

不同溫度或負(fù)荷情況下，紙絕緣和油中的水分會(huì)進(jìn)行互相轉(zhuǎn)移。一般情況下，明顯的溫度增加會(huì)減少水分，油對(duì)氣體的溶解度也會(huì)隨之增加，從而使變壓器絕緣系統(tǒng)維持一個(gè)良好的狀態(tài)。所以，備用變壓器不應(yīng)該長(zhǎng)時(shí)間閑置，應(yīng)定期空載運(yùn)行以保持良好的絕緣狀態(tài)。