220kV主变压器套管缺陷诊断分析

220kV 主变压器套管缺陷诊断分析

陈湘桂

大唐湘潭发电有限责任公司，湖南省 湘潭市 411100

摘要：主变压器套管健康状况直接关乎着电网安全平稳运行。笔者介绍了一起220kV主变压器玻璃钢干式套管介质损耗因数异常后综合运用频域介电谱、局放试验等多种检测技术，确定了该套管存在缺陷。通过套管解体检查和电磁场仿真计算分析了该套管缺陷原因，提出了玻璃钢干式套管该类缺陷的诊断方法，并分析了该类缺陷的预防措施，对主变压器套管安全运行具有一定的借鉴和指导意义。

关键词：220kV主变；套管；诊断分析

1缺陷概述

2020年10月29日，试验人员对某220kV变电站2号主变开展例行试验时，发现该2号主变110kV侧B_m相套管电容量数据合格，但介质损耗因数试验数据不合格，其他相同结构的两相套管试验数据均无异常，测试数据详见表1，套管外观检查正常，外绝缘无裂纹。

表1 2号主变110kV套管介损及电容量测试数据表

2停电试验

2.1套管绝缘电阻试验

对2号主变110kV侧套管开展主绝缘及末屏对地绝缘电阻试验，试验数据未见异常。

2.2套管电容量及介质损耗因数试验

将2号主变110kV侧套管外绝缘表面清洁，并保持干燥状态，对套管主绝缘及末屏开展电容量及介质损耗因数测试，发现中压套管Bm相主绝缘及末屏介质损耗因数异常增大，且与其他两相横向对比，发现主绝缘介质损耗因数从0.354%增大至5.163%，增大约14倍；6末屏介质损耗因数从0.433%增大至7.666%，增大约18倍，见表1。

2.3频域介电谱试验

为评估2号主变中压侧三相套管的运行状态，试验人员运用频域介电谱正接法方式反映各相套管运行状态，其测试电压200V，测试频带范围1mHz～1kHz，并对三相套管频域介电谱试验数据开展横向比对，中压侧频域介电谱与现场常规检测值相比数据一致，中压Bm相套管频域介电谱图与中压A_m、C_m相套管频域介电谱图相差较大且介质损耗因数偏大，增大约11倍。

2.4主变其他常规试验

对2号主变分别开展绕组绝缘电阻试验、绕组连同套管直流电阻试验、有载分接开关动作特性试验、绕组介质损耗因数及电容量等试验，试验数据均合格，并与历次试验数据对比均无明显变化，且停电前例行试验的红外测温数据、油色谱试验数据均未发现异常。

2.5B_m相套管局放试验

将拆解下来的Bm相套管下部侵入到油筒内，且油筒内的油符合油质试验的相关要求和标准，在静置48h后开展脉冲电流法的局部放电试验，同时将末屏引线引至外部并在该处开展高频局放试验。当电压加至30kV时，脉冲电流法的局部放电和高频局部放电同时收到异常的局放信号。

经对停电试验综合分析可知，2号主变中压侧B_m相套管主绝缘介质损耗因数和末屏的介质损耗因数均出现增大，初步分析跟套管末屏应有一定的关系；同时，套管的脉冲法局部放电和末屏处高频局部放电说明该缺陷不是套管常见的受潮或老化缺陷，跟套管某处放电有直接关系。综上分析，解体时应对套管末屏等部位开展重点排查。

3套管结构及解体检查

3.1套管结构

该玻璃钢套管芯体由玻璃纤维和导电极板湿法缠绕而成，并经高温固化成型，外绝缘为直接套装于芯体上的硅橡胶伞裙，有硅橡胶伞裙、放气螺栓、将军帽、引线接头、测量端子、玻璃钢电容芯体等部分组成。

3.2解体检查

根据更换下来的2号主变中压侧B_m相套管结构，对其进行解体检查。依次对硅橡胶伞裙、放气螺栓、将军帽、引线接头、测量端子、玻璃钢电容芯体等部分进行检查，仅发现该套管末屏引线接头处存在脱焊放电现象，表面存在明显碳化现象，末屏引出线放电部位被密封胶遮掩。

4仿真计算及原因分析

4.1仿真计算

由该玻璃钢套管结构尺寸，式(1)中的C₁为该套管的主电容735pF，C₂为该套管的末屏电容1570pF，U_m为2号主变中压侧该套管相电压110/ kV，U为套管末屏处悬浮感应电位，由式(2)可知U为23.5kV。

(1)

(2)

该套管末屏电极直径为2mm，根据现场解体情况，末屏引线与地电极间存在电位悬浮现象，由此可假设末屏引线到地电极间距距离分别按0.5mm、1mm考虑，计算套管在运行电压下且接地线悬空时的电场分布，以地电极距离为0.5mm时为例，间距由0.5mm增加至1mm，其场强减少1倍。

4.2原因分析

通过现场试验、解体检查和仿真计算可以判断异常直接原因为高压套管末屏引线焊接不良，导致该处电位悬浮，并发生放电；根本原因为套管在出厂时末屏引出线焊接部位制造工艺不良导致该处存在焊接不良情况，但该焊接不良情况不足以引起套管的出厂试验和现场交接试验数据异常，且在变压器运行的一定年限内例行试验数据未发生异常。套管在变压器长期运行过程中，由于受变压器振动等因素的影响，套管末屏引出线焊接不良情况越发严重，最终导致该处存在微小的虚焊现象因而造成该处电位悬浮，产生局部放电现象，且表面产生碳化痕迹。

结语

1)套管在出厂装配阶段由于未严格按照装配工艺操作及产品质量监督力度不足，易给套管带来运行过程中的风险。因而应提升套管出厂装配阶段的工艺和质量控制水平，确保套管在运行过程不发生因装配阶段不足造成的缺陷。2)套管生产厂家应严格控制套管末屏焊接工艺等关键环节，同时开展该部位的振动测试，确保测试前后该部位连接点的焊接情况未发生变形、断裂的情况，确保套管安全可靠运行。3)玻璃钢干式套管除常见的受潮和老化缺陷外，还可能存在其他类型缺陷。试验人员遇到异常的介损试验数据时，应通过多项试验结果相互验证，并结合解体检查确定缺陷原因，避免该缺陷造成更大的事故。4)频域介电谱不仅可应用在套管油纸绝缘的含水量和老化程度的无损测量，还可检测套管末屏焊接不良的缺陷。

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