500kV 變壓器套管將軍帽發(fā)熱缺陷的處理探析

吳承福，艾云飛，陳韶輝，丁凱，董西宏

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司超高壓分公司，浙江 杭州 311232）

變壓器是電力系統(tǒng)輸變電過程中最重要的設(shè)備之一，其健康狀況直接影響整個電力系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行。套管是變壓器的重要元件，將變壓器內(nèi)部繞組引線引出至箱體外部，同時起到絕緣與載流作用。

變壓器套管長期運行在高電壓、大電流環(huán)境中，承受電、熱以及機(jī)械力的作用。套管引線握手線夾、導(dǎo)電桿連接不可靠等異常情況會導(dǎo)致套管載流回路過熱，嚴(yán)重時會導(dǎo)致載流回路連接件燒損，密封部位的發(fā)熱會加速密封件老化，進(jìn)而出現(xiàn)滲漏油情況。因此，變壓器套管發(fā)熱缺陷的提前診斷及處理對變壓器的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。紅外檢測作為一項成熟的帶電檢測技術(shù)，對變壓器套管發(fā)熱缺陷具有可靠的檢測診斷作用。

本文介紹了一起通過紅外檢測發(fā)現(xiàn)的500kV 變壓器套管發(fā)熱缺陷，通過對紅外檢測圖譜的分析，結(jié)合該套管的結(jié)構(gòu)特點，確定了發(fā)熱的具體部位。檢修人員又通過對將軍帽與導(dǎo)電桿間連接方式的深入分析，提出并采用了將軍帽與導(dǎo)電桿間一體化連接的改進(jìn)型結(jié)構(gòu)，成功消除了此次發(fā)熱缺陷。通過對發(fā)熱原因的深入分析，為今后同類型或相似結(jié)構(gòu)套管的發(fā)熱處理提供了參考借鑒。

1 基本情況

1.1 紅外檢測情況

2020 年9 月20 日，檢測人員在開展某500 千伏變電站一次設(shè)備紅外檢測時發(fā)現(xiàn)4 號主變B 相套管接頭部位輕微發(fā)熱，溫度為38.3℃，A 相和C 相同部位溫度為33℃，檢測時環(huán)境溫度為29℃。2020 年11 月1 日，對該發(fā)熱點跟蹤測溫發(fā)現(xiàn)B 相最高溫度58.1℃，A 相和C相同部位溫度為24℃，檢測時環(huán)境溫度為20℃。

通過對4 號主變B 相高壓套管頂部區(qū)域的紅外圖譜分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱最高溫度部位位于套管握手線夾下部將軍帽和導(dǎo)電桿連接處。

圖1 紅外測溫圖譜

1.2 套管結(jié)構(gòu)介紹

4 號主變型號為ODFPS-250000/500，投運日期為2006 年6 月，高壓套管型號為OTA-525/1600。

該型號套管為全密封油浸紙電容型，中部為一中空鋁管，中空鋁管內(nèi)部直接與變壓器本體相通，鋁管中間為穿心導(dǎo)電桿結(jié)構(gòu)。

穿心導(dǎo)桿材質(zhì)為實心紫銅，長度約7.8m、直徑60mm，重量約196kg，由兩部分組成，通過6 顆M6 螺栓對接，上部通過插銷固定在中空鋁管上，下部連接變壓器引線抽頭。穿心導(dǎo)電桿分為上下兩部分主要便于變壓器套管安裝，更換套管時，檢修人員不需進(jìn)入變壓器內(nèi)部，從而縮短停電檢修時間。

錐形將軍帽通過螺紋與穿心導(dǎo)電桿連接，螺紋連接部分為55mm，將軍帽材質(zhì)為黃銅，同時將軍帽還起到了套管頂部的密封作用。將軍帽結(jié)構(gòu)如圖2 所示，其中方框圈出部分為發(fā)熱部位對應(yīng)結(jié)構(gòu)。

圖2 將軍帽結(jié)構(gòu)

圖3 B 相測溫溫度與負(fù)荷電流散點圖

圖4 一體化結(jié)構(gòu)實物圖

圖5 將軍帽與導(dǎo)電桿螺紋長度不足

2 跟蹤檢測及處理情況

2.1 跟蹤檢測情況

為掌握4 號主變B 相高壓套管發(fā)熱情況，運行人員開展了為期4 個半月的跟蹤檢測，期間每日開展紅外測溫。對跟蹤檢測情況進(jìn)行分析，4 號主變平均負(fù)荷447A，最高溫度58.2℃，熱點溫度隨負(fù)荷變化較為明顯，且與A、C 相相比，溫差變化趨勢一致。

根據(jù)近4 個半月以來的測溫數(shù)據(jù)，繪制發(fā)熱溫度與負(fù)荷電流關(guān)系散點圖，因相關(guān)數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)離散型，無法獲取其多項式擬合關(guān)系。查詢2020 年負(fù)荷歷史曲線，12 月14 日當(dāng)天B 相負(fù)荷電流最大，為810A；6 ～8 月負(fù)荷電流在600 ～800A。考慮環(huán)境溫度的影響，根據(jù)散點圖預(yù)測2021 年迎峰度夏持續(xù)高負(fù)荷期間，發(fā)熱點最高溫度可能達(dá)到70℃以上。

2.2 現(xiàn)場處理情況

2020 年8 月，另一500kV XX 變電站4 號主變C 相高壓套管曾出現(xiàn)頂部發(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)熱溫度為63℃，跟蹤測溫至9 月，發(fā)熱溫度持續(xù)上升，最高達(dá)到103℃，溫度最高部位同樣位于將軍帽與套管導(dǎo)電桿連接處，該套管型號結(jié)構(gòu)與本案例完全一致。運行單位臨時申請停電進(jìn)行發(fā)熱消缺。由于該變電站所在地區(qū)用電負(fù)荷大，停電窗口有限。為控制停電時間，計劃采用對導(dǎo)電桿與將軍帽連接部位進(jìn)行處理并更換套管將軍帽的主變不排油處理方案。但在拆除將軍帽與導(dǎo)電桿連接時，發(fā)生了導(dǎo)電桿斷裂情況，只能按照預(yù)案對主變進(jìn)行排油，同時更換了導(dǎo)電桿與將軍帽。

后續(xù)對此次導(dǎo)電桿斷裂原因進(jìn)行了分析，主要原因如下：將軍帽與導(dǎo)電桿連接部位發(fā)熱，可能存在螺紋咬死粘連情況，同時因紫銅導(dǎo)電桿與黃銅將軍帽通過螺紋連接，導(dǎo)電桿自重對將軍帽形成較大向下拉力，螺紋部位受力嚴(yán)重，可能導(dǎo)致采用常規(guī)拆卸手段無法將將軍帽與導(dǎo)電桿順利拆開，拆除時甚至可能會出現(xiàn)導(dǎo)電桿斷裂的情況。

通過前一次導(dǎo)電桿斷裂案例的經(jīng)驗積累，檢修人員與廠家技術(shù)人員展開深入討論討論，提出一種將軍帽與穿心導(dǎo)電桿一體式的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，并在設(shè)備廠內(nèi)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析論證。2021 年6 月，采用新的一體化導(dǎo)電桿對本發(fā)熱缺陷進(jìn)行了處理，并對其他非發(fā)熱相導(dǎo)電桿及將軍帽也進(jìn)行了更換，設(shè)備復(fù)役后，發(fā)熱缺陷成功消除。

3 發(fā)熱原因分析

由于同型號套管連續(xù)發(fā)生2 起發(fā)熱現(xiàn)象，檢修人員對更換下的將軍帽與導(dǎo)電桿進(jìn)行拆解檢查及材質(zhì)分析，以便對該類型套管發(fā)熱的原因進(jìn)一步深入分析。主要發(fā)現(xiàn)以下問題。

（1）將軍帽與導(dǎo)電桿材質(zhì)不滿足要求。將軍帽材質(zhì)為H62 黃銅，導(dǎo)電桿為純銅，其中將軍帽易受雨水腐蝕造成脫鋅銹蝕，同時材質(zhì)分析判斷部分將軍帽存在鉛元素超標(biāo)的現(xiàn)象，使螺紋連接部位強(qiáng)度不足，造成連接部位腐蝕。

（2）將軍帽旋入深度不滿足要求，將軍帽與導(dǎo)電桿緊固不到位。根據(jù)前文所述，將軍帽與穿心導(dǎo)電桿螺紋連接長度要求為55mm。當(dāng)螺紋連接部位長度滿足要求時，通過旋進(jìn)將軍帽使導(dǎo)電桿抬升至最高，使定位銷卡在定位管活動槽最上端，保證將軍帽與導(dǎo)電桿緊固到位，配合壓力增大，避免因高負(fù)荷、強(qiáng)振動情況下引起將軍帽與導(dǎo)電桿緊固不到位而發(fā)熱。

根據(jù)以上檢查分析，判斷螺紋連接部位強(qiáng)度不足、螺紋腐蝕和將軍帽與導(dǎo)電桿間配合尺寸偏差、緊固不到位是造成該型號套管將軍帽部位發(fā)熱的主要原因。因此，僅對導(dǎo)電桿與將軍帽連接部位進(jìn)行清理并更換套管將軍帽的處理方式，不能徹底消除設(shè)備發(fā)熱的隱患。該單位相關(guān)技術(shù)管理部門在同型號套管后續(xù)的隱患治理時，均采用了更換一體化導(dǎo)電桿的方案。

4 結(jié)語

變壓器套管的發(fā)熱現(xiàn)象影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，本案例是一起通過紅外檢測發(fā)現(xiàn)套管將軍帽發(fā)熱缺陷、檢修人員采用改進(jìn)型結(jié)構(gòu)徹底消缺的典型案例。在日常運維檢修工作中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在發(fā)熱異常時，應(yīng)縮短跟蹤檢測周期，根據(jù)運行環(huán)境、負(fù)荷電流情況對缺陷的發(fā)展趨勢做出評估；停電處理前應(yīng)結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)特點，深入分析缺陷原因，科學(xué)制定處理方案，對缺陷的處理起到標(biāo)本兼治的作用。