浅析电厂主变压器套管介损超标故障原因处理措施

浅析电厂主变压器套管介损超标故障原因处理措施

陆正琦

关键词：电厂；主变压器；套管介损；故障；措施

引言

变压器套管是变压器箱外的主要绝缘装置，变压器绕组的引出线必须穿过绝缘套管，使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘，同时起固定引出线的作用。介质损耗是指绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗，也叫介质损失，简称介损。介损试验可以发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积被试设备贯通和未贯通的局部缺陷，尤其对小容量、结构单一的元件更是非常有效。在实际应用中，也常以此作定性分析。该项试验可间接鉴别变压器绝缘在高电压作用下的可靠性，及时发现变压器绝缘的局部缺陷。

1电厂简介

某燃气电厂共安装4×350MW燃气发电机组，机组为“二拖一”单轴结构，燃气轮机和蒸汽轮机一起拖动发电机做功发电。机组出口是发电机变压器组单元结构，主变压器安装有在线监测装置IDD（IntelligentDiagnosticDevice，智能诊断设备），可以在线监测主变压器高压侧套管介损、变压器油的微水含量和氢气含量等参数。该燃气电厂3号主变压器在2017年的一次检修试验中，高压侧A相套管末屏引线小套管底座（后面简称“末屏底座”）丝牙被严重损坏，B、C相套管末屏底座丝牙也有不同程度的损伤，更换三相末屏底座后A、B相套管介损值超标，经过原因分析和排查处理，最终发现套管末屏处局部绝缘受潮，经过加热干燥处理后介损值符合《电力设备预防性试验规程》（后面简称“预试规程”）规定。文章对处理的过程进行了描述，并给出了主变压器套管末屏底座安装螺丝损坏的处理方法和防止套管末屏底座丝牙损坏的防范措施。

2主变压器高压套管常见故障

主变压器套管的常见故障主要有：套管制造工艺不良、安装工艺不规范等造成套管接头过热，瓷套外绝缘在恶劣环境下发生闪络，末屏接地不良造成绝缘油色谱超标等。长期运行中的套管密封圈老化出现裂纹，发生漏油、渗水，加上维护不到位，会使套管的电气绝缘性能下降，甚至发生套管爆炸事故，因此，对运行中的油纸电容型套管应加强监测，确保设备安全运行。

介损试验可以有效地发现绝缘的老化、受潮、开裂、污染、电容性击穿短路等问题。套管因密封不良等原因受潮时，水分往往通过外层绝缘逐渐渗入电容芯子，使套管主绝缘和最外层绝缘（即末屏对地的绝缘）电阻降低，同时也改变了各电容层的电压分布情况，绝缘油和电容的极间绝缘就会出现局部放电，最终使油纸绝缘老化累积击穿，绝缘油逐渐劣化。当出现电容层击穿时，将导致各电容层的局部电场畸变，从而引起电容层间绝缘进一步恶化击穿。随着被击穿的电容层数目的增加，绝缘油也迅速劣化，当套管中电容层击穿数目较多时，套管无法承受工作电压，强大的短路电流使绝缘油产生大量气体引起套管瓷套爆裂。

3主变压器的检修试验经过

3．1主变压器及其高压侧套管参数

主变参数：型号SFP-480000/220，额定容量480000kVA，制造厂为特变电工衡阳变压器有限公司。

220kV侧引线套管参数：型号BＲDLW1-252/2000-4，额定电压252kV，额定电流2000A，A相电容量430pF，B相电容量430pF，C相电容量431pF，由抚顺传奇套管有限公司生产。

3．2检修试验经过

2017年2月26日，主变压器本体各试验项目的试验数据都符合预试规程规定，其中高压侧三相套管的介损试验数据如表1，各介损值都小于0．8%，满足预试规程规定。

表1套管试验数据

主变压器高压侧套管的介损试验，需要拆除末屏IDD传感器，采用“正接法”进行。主变压器套管在试验过程中，A相末屏底座丝牙在拆卸IDD传感器时被严重损坏，B、C相末屏底座丝牙也有不同程度的损伤。B、C两相套管末屏IDD传感器正常装回。A相套管末屏的IDD传感器和末屏罩壳都不能回装，检修人员用塑料布进行临时包扎等待处理。

2017年3月3日，套管厂家工作人员携带套管末屏底座到现场进行更换。为了保证主变压器套管末屏可靠接地，确保套管的安全运行，现场对A、B、C三相高压侧套管末屏底座都进行更换。C相套管末屏底座更换工作比较顺利。A、B相套管末屏底座安装螺丝的内六角在拆卸时被全部损坏，只有把安装螺丝拆除，拆卸更换工作才能继续进行。套管末屏底座安装螺丝拆除步骤为：先用小钻头在螺丝的螺杆中心钻一个小孔，然后逐步扩大钻头，使螺杆孔径逐渐扩大，把螺杆钻成一个薄壁管，最后使螺丝的螺杆变成碎块用镊子取出。拆除A相套管末屏底座安装螺丝时，套管内部的末屏引线被厂家工作人员钻断，厂家工作人员对末屏引线重新焊接后进行绝缘处理。A、B相套管在更换末屏底座的过程中都有少量绝缘油流出。

2017年3月4日，重做主变压器高压绕组连同套管介损、高压侧套管介损及其末屏绝缘等试验。高压绕组连同套管的介损值0．352%，电容量17．69nF（更换末屏底座前介损试验值0．286%，电容量17．72nF），试验数据符合预试规程规定。高压侧套管介损试验数据如表2。

表2末屏底座更换后的套管试验数据

表2和表1相比，A相套管的介损值大幅上升，远远超过预试规程规定，B相套管介损值也超过预试规程规定值0．8%。根据预试规程规定，主变压器套管末屏绝缘不小于1000MΩ时，可以不进行末屏介损试验，小于1000MΩ时，末屏介损值不大于2%。3月4日对A相套管末屏进行介损试验，介损值4．218%，远远超过预试规程规定。

4原因分析及处理措施

结合主变压器高压侧套管的检修情况和试验数据，检修工作人员和套管厂家经过分析讨论，认为可能有4个方面的原因引起套管介损超标：杂散电容影响、末屏浸入水分、末屏引线焊接不良、末屏引线焊接时浸入污染物等。根据处理问题的难易程度，采取从易到难的顺序进行逐一排查和处理。先排除检修脚手架对套管杂散电容和末屏受潮这两个影响因素，然后再拆除末屏底座检查末屏引线焊接情况和末屏引线焊接时是否浸入污染物。

4．1检修脚手架对套管的杂散电容影响

3月4日，将主变压器高压侧套管检修脚手架顶部的钢管拆除，增加拆除的架空线短引线和套管接线柱的距离，使两者的距离在1．5m以上。用正接法测量三相套管的介损值，试验结果和更换末屏底座前的试验数据基本一致，分析认为检修脚手架不影响套管介损试验值。

4．2更换套管末屏底座时末屏浸入水分

在A相套管法兰盘两侧0．4m处各悬挂一只1500W石英管加热器，对套管法兰盘和末屏小套管进行加热干燥。加热2h后测量末屏介损，和烘烤前相比，介损值由4．218%增加到4．877%。烘烤后介损试验值之所以增大，分析认为套管末屏引线处的绝缘受潮，浸入的水分受热后变成气态水向外扩散，使绝缘变得更“潮湿”，所以加热后末屏介损值变大，当浸入绝缘材料的水分全部汽化并全部析出后，介损值才会变小。

现场工作人员决定用烘烤的方法对主变压器A、B两相套管法兰盘和末屏进行加热干燥。3月4日18时开始，在工作人员的监视下进行烘烤加热，烘烤过程中防止烘烤设备坠落，防止法兰盘局部温度过高损坏设备，被烘烤部位温度控制在150℃以内。连续烘烤16h后，3月5日9时停止加热，冷却1h后主变压器高压侧套管的介损试验值符合预试规程规定。为了让浸入A、B两相套管末屏的水分全部析出，继续烘烤到当日下午3时，自然冷却1h后进行最后的套管介损试验。试验时环境温度29．9℃，湿度15%，试验数据如表3。

表3主变压器套管最终的介损试验数据

该主变压器A、B相套管介损值超标是因为从末屏引线处浸入了水分。A相套管在2月26日试验后末屏用塑料布包扎，因为密封不严浸入了较多水分，所以3月4日的介损试验值比B相的高。B相套管从末屏浸入的水分应该是在拆卸末屏套管底座螺丝的过程中浸入的，和A相相比，浸入的水分较少。后面对末屏引线焊接不良和从末屏浸入污染物的处理方法进行叙述。

4．3末屏引线焊接不良

主变压器套管末屏引线焊接不良，出现虚焊或者脱焊时会影响变压器绕组连同套管的介损试验值。末屏引线焊接不良时，主变压器绕组连同套管的介损值多数情况下超标（偶尔会符合预试规程规定），高压侧套管的介损值变大或者不能测量，电容量超出历史试验值5%的范围。该主变压器A相套管末屏引线焊接后的电容量和历史试验值相比变化不大，可以判断末屏引线焊接良好。

4．4末屏焊接时进入污染物

如果经过前面三种方法的处理，套管的介损试验值还不符合预试规程规定，那么在焊接末屏引线时可能浸入了污染物，比如灰尘、焊接时的金属颗粒、水分等，这时需要对套管绝缘油进行更换。

5故障处理吸取的经验教训

高压套管末屏处受潮是引起该电厂3号主变压器检修过程中套管介损超标的主要原因，可以采取对套管末屏局部加热干燥的方法进行处理。检修过程中必须做好套管末屏的密封工作，防止潮气从套管末屏处浸入，引起套管介损超标。主变压器套管介损试验结束回装IDD传感器时，不能安装得太紧（抚顺传奇套管有限公司对主变压器套管末屏罩壳或者IDD传感器的上紧力矩没有规定值，但是要求必须保证末屏可靠接地），防止下次拆卸时损坏末屏底座丝牙。如果套管末屏底座丝牙被损坏，先把底座安装螺杆钻成薄壁管，然后将薄壁管破坏取出。

6结束语

主变压器套管在检修试验过程中，需要防止套管末屏底座丝牙被损坏，防止潮气从套管末通过对上述试验的分析，我们能够更理性、更全面地看待试验中所得到的数据，根据变压器套管的结构特点及各方面的数据，合理排除其中不可能的方面，不轻易对数据下定性结论，

而是仔细寻找正确的答案点，并及时消除隐患，从而为今后的工作积累宝贵的经验。

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