油纸电容式套管末屏故障处理与原因分析

摘要：本文主要阐述了我单位近两年来变压器套管检修试验中发现的几起由于末屏装置异常引发的缺陷。并通过分析处理，总结出导致这几起缺陷的原因。一是套管末屏装置在结构、装配及制造工艺方面存在不足，导致导电杆与末屏接触不良，造成运行中低能量放电引起缺陷；二是由于检修人员工艺水平和操作方法不当导致的末屏损坏，以上原因都给变压器的安全运行造成了极大地隐患。最后，提出了消除缺陷的解决措施、日后设备检修中应注意的问题以及自己的一些见解，仅供电力同行借鉴和探讨。
关键词：油纸电容式套管套管末屏故障分析
1 概述
套管是变压器中一个主要部件，变压器绕组的引线是依靠套管引出箱外的，套管起到绕组引线对油箱的绝缘、固定和将电流输送到箱外的作用，它需适应外界各类环境条件，并要有一定的机械强度。套管分纯瓷套管、充油套管、充气套管、电容式套管等不同形式。为了使110kV及以上的套管辐向和轴向场强均匀，其绝缘结构一般采用电容型，即在导电杆上包上许多绝缘层，其间根据场强分布特点夹有许多铝箔，以组成一串同心圆柱形电容器。最外层铝箔即末屏通过小套管引出，作为验证变压器性能是否符合有关标准或技术条件的预防性试验项目。套管试验主要检测变压器主绝缘和电容式套管末屏对地绝缘电阻、套管介质损耗、电容量和局部放电量等，末屏在运行中应良好接地。另外如果运行中由于各种原因造成末屏不健全或接地不良，那么末屏对地会形成一个电容，而这个电容远小于套管本身的电容，按照电容串联原理，将在末屏与地之间形成很高的悬浮电压，造成末屏对地放电，烧毁附近的绝缘物，严重的还会发生套管爆炸事故。

2 缺陷实例

2.1 实例一

2009年3月14日，保定供电公司220kV棋盘变电站＃3主变进行春检预试工作，例行对变压器套管进行高压和油务试验。在进行高压套管绝缘油色谱试验时根据色谱试验数据显示，#3主变C相高压套管总烃、氢气、乙炔含量严重超标，通过三比值法判断为套管内部存在电弧性放电故障，存在严重缺陷。该套管技术参数：型号：BRL1W1-252/630-4；序号200620；生产厂家：西安西电高压电瓷有限责任公司；出厂日期：2006年11月。
2.

1.1 高压和油务试验数据如下：

高压试验数据，tanδ(%)/电容量(pF)
通过高压试验数据，未发现套管主绝缘和末屏绝缘存在异常。
色谱试验数据(μL/L)A相高压套管数据：
B相高压套管数据：
C相高压套管数据：
2.

1.2 从试验数据结果初步分析

①产品密封不严，造成该套管进水受潮引起内部绝缘局部受潮，局部绝缘性能降低，引起内部放电，使套管油中乙炔、甲烷、氢气等含气量的增大，由于CO和CO2含量增长幅度较小，估计纸绝缘没有受到严重破坏。由于试验时环境温度较低，且该主变负荷较小造成的水沉入储油柜底部，油中微水含量不高，所以微水测试结果正常。
②高压试验时测试结果正常，tanδ和电容量没有明显变化，估计套管主绝缘没有受到严重破坏，但套管末屏与其连接引线的接触面较小，变压器在正常运行时电压比试验电压高得多，接触面不能满足载流量需要，造成套管内部放电，使变压器油在高温下分解，油中乙炔、甲烷、氢气等含气量的增大。
2.

1.3 缺陷处理与检查分析

当日公司因无同型号备件，联系西瓷厂家，连夜发送同型号高压套管，生产部门于3月17日更换高压C相套管，主变恢复运行。
3月17日，在河北省电力公司生产部、电力研究院、保定供电公司和套管厂家等变压器专业人员的见证下，西瓷技术人员对更换下来的B相套管进行了解体检查。现场检查发现，该套管各零部件正常，结合紧密，外观清洁、连接可靠，未发现闪络、渗油及其他异常，且该套管储油柜油位计的指示正常。未发现其他异常现象。当拆开套管末屏，放油观察套管末屏内部时，发现套管末屏刻孔向左侧偏下移位约2cm。末屏顶针顶在末屏刻孔边缘，未到绝缘纸上（图1）。该种型号套管采用的末屏为顶针式，顶针内有弹簧，末屏为一较厚的铜排绕在芯体上外部再包绕多层绝缘纸，最后在末屏位置将绝缘纸划掉直径约

2.5cm的一圈（称为末屏刻孔），顶针顶在刻孔露出的铜排上接地（图2）。

继续解体进行检查，当抽出电容芯子，测量绝缘纸末端至导管末端的距离为84mm（正常设计值为90mm），芯子整体向左下位移约6mm（图4）。
随后又对芯体进行了划芯检查，检查是整体移位还是中间层移动，逐层测量了

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电容屏对底部的距离，均下移了6mm左右，说明中间层无相对位移。应为整体向下移动。根据顶针的滑动痕迹判断应为芯体整体旋转约1.9cm。痕迹为直线型，中间无下压的凹陷，说明移位是一次完成，中间没有缓冲过程（图3）。划芯最后未发现芯体最里层绝缘纸与导电体之间有粘合剂。说明厂家设计制造和制作工艺中电缆纸最里层漏涂粘合剂及芯体绕制力度不够。图5中也可明显看出芯体与导杆之间有明显的缝隙。
从上述检查结果确定缺陷产生原因是套管芯体移位导致末屏顶针与接地铜排错位，末屏顶针与周围包裹铜排的绝缘纸解除，运行中由于末屏不能有效接地，造成虚接现象，引起内部放电。也基本验证了最初通过试验数据对缺陷产生原因的判断。
2.

1.4 采取措施及结论

省公司针对此次缺陷制定了《关于加强排查西安西电高压套管有限公司高压套管缺陷的通知》，要求对该种型号套故进行末屏装置的检查。
我公司随即结合棋盘220kV站的套管缺陷对其他变电站套管解体检查。对西瓷末屏检查的方法为：①进行套管色谱试验，高压试验，分析试验数据有无异常。②拆开套管末屏，放油，观察套管末屏内部的末屏刻孔是否移位，移位的判断方法为末屏刻孔中心是否正对末屏孔，引线带上是否有位移划痕。若无移位则进行真空注油，静置24小时后恢复运行。在检查中又发现了220kV雄州站#3主变高压B相套管和110kV清风店站#3主变高压C相套管都存在同样的缺陷隐患，通过对缺陷的及早发现和消除有效的避免了套管末屏因解除不良放电所导致的设备损坏等严重后果。认真剖析此类套管芯体移位导致末屏解除不良放电现象，芯体最里层绝缘纸与导电体之间没有使用粘合剂。说明厂家设计制造和制作工艺中电缆纸最里层漏涂粘合剂及芯体绕制力度不够（图5中也可明显看出芯体与导杆之间有明显的缝隙）。同时说明该批产品确实存在共同的绕制工艺缺陷。使得安装运输时震动引起了芯体移位。省公司应尽快组织各分公司进行同类设备排查防止顶针顶到绝缘纸上造成末屏虚接放电引起的套管故障。

2.2 实例二

2010年4月日，保定供电公司220kV富昌变电站＃2主变进行春检预试工作中，例行对变压器进行高压试验时试验人员发现异常状况：110kV中压侧A相、C相套管末屏引出测量端子的盖子无法拧开，导致不能进行末屏绝缘、套管介质损耗角正切值tanδ及电容量测量试验。
富昌站 2号主变型号为SZ10-180000/220，2007年11月投运，110kV中压侧A相、C相套管套管型号为BRLW-126/2000-4，额定电压126kV，额定电流2000A，油号10GBX。
该套管末屏形式为内置连接型式（同过接地盖、接地冒接地），及末屏接地引出线经套管法兰穿过绝缘小瓷套通过引线柱引出，引线柱单独对地为绝缘状态，正常运行时引线柱外圈螺纹口与外加金属接地盖内部螺纹互套紧固后相连接，引线柱通过与金属接地盖内部的压力弹簧压紧相接触，保证末屏端子引线柱经过金属接地盖与铸铝接地底座可靠连接，从而实现了套管末屏在运行中良好接地。

2.1 缺陷处理及原因分析

正常情况下试验人员可徒手用力即可把金属接地盖旋转拧开，断开其与铸铝底座的连接面，露出末屏引出端子后便于套管绝缘试（如图6）。
而当时现场工作人员即使采用套管钳强行退出也无法转动金属接地盖，经过现场研究讨论初步确定接地盖不能正常开启的原因是由于安装时拧入位置不正造成螺纹滑牙乱扣现象，致盖子无法拧开。现场工作人员用手锯沿着接地盖与末屏引线柱外螺纹套的交界处割据，锯开螺纹之间的乱螺口后退出接地盖。通过对拆下的密封盖及末屏测量端子检查，发现密封盖内部压力弹簧处存在火花放电痕迹（如图7）；末屏测量端子上已经有严重的氧化腐蚀现象（如图8）。
现场用绝缘摇表测量末屏的绝缘电阻值为零值，现场用细砂纸对末屏抽头上附着的氧化层进行充分打磨处理，清除氧化物后测量A相、C相套管末屏绝缘电阻及其他各项试验数据均正常。由于接地盖已经锯开无法使用，公司有此类接地盖备件，现场工作人员重新对末屏引线柱外螺纹套进行套丝并拧上新接地盖后异常缺陷消除。
由此可通过上述现象分析判断导致本次110kV中压套管测量端子异常缺陷的原因是：①机械原因，由于测量端子的盖子和底座为铸铝材质，在安装过程中拧入时稍有位置不正即易造成螺纹滑牙乱扣现象，导致盖子无法拧开。②电气原因，由于末屏盖螺纹滑牙乱扣现象导致盖子与末屏之间的密封破坏，长时间运行进水受潮造成套管末屏试验抽头氧化接地不良，造成绝缘电阻遥测值为零值。③末屏测量端子利用盖子内部的压力弹簧压紧以保证末屏端子与铸铝接地底座可靠连接，但由于弹簧材质、制造工艺或检修中反复操作等外界因素使压力弹簧状态疲劳导致其压力不足、铜螺杆与铜套接触面粗糙、铜螺杆配合不良等均可能引起铜套接地不良造成的放电缺陷。
此次异常情况的发生是综合上述因素结合在一起而引发的一个典型缺陷，该缺陷如不能及时发现并得到可靠处理，运行中极有可能导致由于套管缺陷隐患而造成主变压器事故的恶劣影响。

2.2 反事故措施

针对设备运行、试验及消缺处理过程中暴露的一些问题，建议采取适用的反事故措施。
①在每次打开该类型电容式高压套管测量端子的盖子进行试验时，不得使用尖利的螺丝刀等推动铜套，以保证铜螺杆与铜套接触面的光滑度；恢复运行前应检查铜套是否活动自如、表面粗糙程度是否良好，并测量其接地是否正常。②每次进行该类型电容式高压套管的预防性试验后，拧紧测量端子的盖子时要注意对正螺纹位置，不正时不得大力拧紧，以免造成螺纹滑牙导致盖子无法拧开。③在高压套管设备选型和采购时，应建议高压套管制造厂家改良测量端子盖子和底座的材质，将规避风险的关口前移，避免类似原因造成螺纹滑牙，进而影响设备的安全稳定运行。
　

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　3　结束语
幸运的是这几次套管末屏的异常缺陷发现及时、处理得当，否则将会发生严重的电气设备损坏事故。套管末屏接地是否良好，对变压器安全运行关系极大。套管末屏可靠接地是决不能忽视的大问题，从此次异常缺陷的发现到原因分析，可清楚地认识到套管末屏在运行中良好接地的重要性。作者认为今后电力设备在生产运行中需要改进和注意的问题如下：①建议定期对套管末屏部分进行远红外测温检查，对因接触不良产生发热的套管末屏力争及早发现并及时处理消除运行隐患。②检修维护人员利用一切停电的机会认真检查套管各部件，及时消缺，排除隐患；严把质量关，对新投运设备均经有关方面验收认可严防设备带病投运；不断提高专业技术水平，确保检修质量。③大量搜集设备运行数据并充分分析，尽早开展对运行设备的状态检修试验。目前，对套管的末屏接地装置接地可靠性缺乏有效的检测手段，建议开展末屏良好接地临测的试验和研究，将末屏接地不良故障减少到最小。
参考文献：
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钟洪壁.电力变压器检修与试验手册.北京：中园电力出版社，2000.
[3]国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求 北京：中国电力出版社，2001-09.
[4]王世阁.电力变压器故障分析与技术改进.北京：中国电力出版社.2004-04.