鄒國(guó)平，何文林，孫 翔

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

套管是電力變壓器的重要組成部分，主要承擔(dān)變壓器內(nèi)部出線的對(duì)地絕緣、支撐及載流功能，必須具備足夠的電氣和機(jī)械強(qiáng)度，能在運(yùn)行中承受長(zhǎng)期負(fù)載電流和短路時(shí)的瞬時(shí)過(guò)熱，并具有良好的熱穩(wěn)定性。如果變壓器套管存在缺陷或發(fā)生故障，將直接危及變壓器的安全運(yùn)行和供電可靠性[1]，開展電力變壓器套管帶電檢測(cè)技術(shù)研究具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。輸變電設(shè)備狀態(tài)量?jī)?yōu)化分析研究結(jié)果表明，實(shí)施套管介損與電容量帶電檢測(cè)可將變壓器非停電檢修策略的盲檢率從目前的4.9%降低至3%[2]。

電容型套管具有電場(chǎng)分布均勻、耐受電壓高的優(yōu)點(diǎn)，在110 kV及以上電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。電容型套管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由接地端子、儲(chǔ)油柜、上瓷套、下瓷套、電容屏、導(dǎo)電桿、絕緣油、法蘭和均壓球等組成。套管末屏就是最外面一層的電容屏，接地端子是在最外層鋁箔上卷入一層銅帶后通過(guò)絕緣小套管引出的結(jié)構(gòu)，主要用來(lái)接地及測(cè)量套管的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量[3]。

圖1 電容型套管的結(jié)構(gòu)示意

目前，對(duì)電容型套管的停電檢測(cè)與帶電檢測(cè)技術(shù)無(wú)論是理論研究還是工程應(yīng)用都已比較成熟，主要是應(yīng)用電橋法、相位差法與數(shù)字測(cè)量法[4]來(lái)測(cè)量介損值與電容量。套管實(shí)現(xiàn)帶電檢測(cè)的最大難點(diǎn)在于套管末屏信號(hào)的取樣。出于安全考慮，現(xiàn)有變壓器套管在正常運(yùn)行時(shí)其末屏基本上是通過(guò)接地帽在內(nèi)部接地，帶電檢測(cè)時(shí)無(wú)法引出末屏測(cè)試信號(hào)。而國(guó)內(nèi)套管生產(chǎn)廠家眾多，不同生產(chǎn)廠家、不同型號(hào)的套管采用不同的末屏接地方式，因此研究不同套管的末屏接地方式，并制造相應(yīng)的末屏適配器是套管帶電檢測(cè)中要解決的關(guān)鍵問題。

1 浙江電網(wǎng)變壓器套管運(yùn)行情況分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江電網(wǎng)共有110 kV及以上電壓等級(jí)變壓器電容型套管11 597支，其中生產(chǎn)廠家信息明確的共有9 498支，占在運(yùn)電容型套管總數(shù)的81.9%。純瓷套管沒有末屏，不能安裝套管帶電檢測(cè)傳感器，因而未進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，變壓器套管的主要生產(chǎn)廠家有傳奇電氣、上海MWB、南京智達(dá)、南京南瓷、ABB、西安西瓷、NGK電瓷等，產(chǎn)品占比見圖2。

圖2 電容型套管的廠家分布

2 套管末屏接地結(jié)構(gòu)分析

2.1 傳奇/MWB套管末屏接地結(jié)構(gòu)

傳奇套管主要有3種末屏結(jié)構(gòu)，分別是普通抽頭結(jié)構(gòu)、K抽頭結(jié)構(gòu)和插銷式接地結(jié)構(gòu)。MWB套管則均采用普通抽頭結(jié)構(gòu)。傳奇與MWB采用的普通抽頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。

傳奇套管的K抽頭結(jié)構(gòu)如圖4所示，其末屏接地引出線穿過(guò)小瓷套并通過(guò)引線柱引出。引線柱外設(shè)有金屬接地帽，通過(guò)頂針使末屏引線柱和接地帽緊密連接，利用頂針內(nèi)的彈性結(jié)構(gòu)保證可靠接地。K抽頭結(jié)構(gòu)與普通抽頭結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于：K抽頭結(jié)構(gòu)在引線柱的末端設(shè)有接線螺帽，便于停電試驗(yàn)接線。

圖3 傳奇/MWB普通抽頭結(jié)構(gòu)

圖4 傳奇K抽頭結(jié)構(gòu)

插銷式接地結(jié)構(gòu)如圖5所示，末屏利用引線柱上的推拔銅套與接地端子內(nèi)部法蘭連接接地。當(dāng)正常運(yùn)行需要接地時(shí)，在彈簧的作用下，接地帽與法蘭接觸達(dá)到接地目的；當(dāng)測(cè)量需要打開接地時(shí)，將銷釘插入固定銷孔內(nèi)，接地帽就會(huì)與法蘭保持一定距離，以保證末屏對(duì)地絕緣[5]。

2.2 南京智達(dá)套管末屏接地結(jié)構(gòu)

南京智達(dá)套管的末屏接地方式與傳奇/MWB普通抽頭末屏類似，都是通過(guò)金屬接地帽接地，但其彈性結(jié)構(gòu)設(shè)置在接地帽中，引線柱通過(guò)接地帽的擰緊接觸實(shí)現(xiàn)末屏有效接地。南京智達(dá)套管末屏結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.3 南瓷套管末屏接地結(jié)構(gòu)

南瓷套管有新、舊2種末屏接地結(jié)構(gòu)，都是通過(guò)彈性接地帽接地，主要區(qū)別在于絕緣材料與引線柱的粗細(xì)不同。圖7所示的是2008年之前采用的末屏接地結(jié)構(gòu)，引線柱直徑為8 mm，帶螺紋，絕緣材料采用黑膠木。圖8所示的是2008年之后采用的末屏接地結(jié)構(gòu)，引線柱直徑為6 mm，帶螺紋，絕緣材料是三氧化二鋁陶瓷，穩(wěn)定性更好，可以裸露在空氣中。

圖5 傳奇插銷式接地結(jié)構(gòu)

圖6 南京智達(dá)接地結(jié)構(gòu)

2.4 ABB套管末屏接地結(jié)構(gòu)

圖7 南瓷普通絕緣接地結(jié)構(gòu)（1）

圖8 南瓷陶瓷絕緣接地結(jié)構(gòu)（2）

圖9 ABB TOB/TOM套管末屏接地結(jié)構(gòu)

圖10 ABB GOE套管末屏接地結(jié)構(gòu)

ABB套管的末屏結(jié)構(gòu)共有3種，如圖9—11所示。圖9為合肥產(chǎn)TOB與TOM型套管及瑞典產(chǎn)GOB與GOM型套管的末屏接地結(jié)構(gòu)，在多種電壓等級(jí)中都有應(yīng)用。圖10為瑞典產(chǎn)GOE型套管的末屏結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于500 kV電壓等級(jí)套管。圖11為RTKF/RTKK型套管末屏結(jié)構(gòu)，正常運(yùn)行時(shí)引線柱與套管末屏外殼間通過(guò)彈簧片連接起到接地的作用，如圖11（a）所示。試驗(yàn)時(shí)利用專用工具斷開引線柱與套管末屏外殼的連接，如圖11（b）所示。該套管曾在省內(nèi)110 kV電壓等級(jí)中廣泛應(yīng)用，但自2004年后，在運(yùn)套管已基本更換為TOB與TOM型套管。

圖11 ABB RTKF/RTKK型套管末屏接地結(jié)構(gòu)

2.5 西瓷套管末屏接地結(jié)構(gòu)

西瓷套管末屏接地結(jié)構(gòu)共有3種，圖12是使用最廣泛的插拔式結(jié)構(gòu)，西瓷套管有超過(guò)90%使用該結(jié)構(gòu)。圖13和圖14是2種彈性接地帽結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在于短接地帽結(jié)構(gòu)需用螺拴緊固，而長(zhǎng)接地帽結(jié)構(gòu)用自帶的接地螺帽緊固即可。

圖12 西瓷套管末屏插拔式接地結(jié)構(gòu)

2.6 NGK套管末屏接地結(jié)構(gòu)

NGK 套管的末屏接地結(jié)構(gòu)與其它套管明顯不同，是利用彈片接觸的方式實(shí)現(xiàn)接地，因此對(duì)彈片的材料與工藝要求較高。NGK彈簧接觸板由鈹銅材料制成，通過(guò)夾緊末屏引線柱實(shí)現(xiàn)接地，其末屏結(jié)構(gòu)如圖15所示。

圖13 西瓷套管末屏短接地帽接地結(jié)構(gòu)

圖14 西瓷套管末屏長(zhǎng)接地帽接地結(jié)構(gòu)

圖15 NGK套管末屏結(jié)構(gòu)

2.7 其他套管的末屏接地結(jié)構(gòu)

天威瑞恒玻璃鋼電容式變壓器套管采用以玻璃鋼復(fù)合材料作內(nèi)絕緣、硅橡膠復(fù)合材料作外絕緣的干式套管，其末屏接地結(jié)構(gòu)如圖16所示。該套管的接地是通過(guò)引線柱上的圓形金屬蓋實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行時(shí)圓形金屬蓋穿過(guò)引線柱，通過(guò)擰緊導(dǎo)電桿上的螺帽實(shí)現(xiàn)有效接地；停電試驗(yàn)時(shí)，則擰開螺帽取下金屬蓋，實(shí)現(xiàn)末屏對(duì)地絕緣。

圖16 天威瑞恒套管末屏接地結(jié)構(gòu)

泛美雷特套管電容芯子采用玻璃纖維浸漬環(huán)氧樹脂構(gòu)成絕緣層，并與半導(dǎo)體材料制成的電容屏一起高溫固化，傘裙由硅橡膠材料制成。泛美雷特套管末屏接地結(jié)構(gòu)如圖17所示，其末屏接地帽上有與接口相適應(yīng)的頂針，正常運(yùn)行時(shí)插上接地帽并旋緊螺紋實(shí)現(xiàn)有效接地，停電試驗(yàn)時(shí)取下接地帽即實(shí)現(xiàn)末屏對(duì)地絕緣。

圖17 泛美雷特套管末屏接地結(jié)構(gòu)

3 末屏信號(hào)引出方式

從末屏信號(hào)引出的角度來(lái)看，以上15種末屏接地結(jié)構(gòu)可以分為3類，分別是插拔式、螺紋式和特殊式。

插拔式結(jié)構(gòu)是指末屏引線柱為光滑導(dǎo)桿，主要包括傳奇/MWB普通抽頭結(jié)構(gòu)、ABB TOB/TOM結(jié)構(gòu)與GOE結(jié)構(gòu)、西瓷的3種結(jié)構(gòu)（西瓷短接地帽結(jié)構(gòu)引線柱末端無(wú)螺紋）和NGK結(jié)構(gòu)，通過(guò)彈性結(jié)構(gòu)抱緊光滑導(dǎo)桿實(shí)現(xiàn)信號(hào)有效引出。

螺紋式是指末屏引線柱為螺紋導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)，主要包括傳奇K抽頭結(jié)構(gòu)、南京智達(dá)結(jié)構(gòu)、南瓷普通絕緣與瓷絕緣結(jié)構(gòu)和天威瑞恒結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)須通過(guò)螺紋連接導(dǎo)桿實(shí)現(xiàn)信號(hào)引出。

特殊式是指結(jié)構(gòu)較為特殊，既不是光滑導(dǎo)桿也不是螺紋導(dǎo)桿，主要包括傳奇的插銷式結(jié)構(gòu)、ABB的RTKF/RTKK結(jié)構(gòu)和泛美雷特結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)為針對(duì)每種結(jié)構(gòu)單獨(dú)設(shè)計(jì)信號(hào)引出方式。

4 結(jié)語(yǔ)

變壓器套管是變壓器的重要組成部分，其健康狀況將直接影響變壓器的穩(wěn)定性和供電可靠性，因此開展套管帶電檢測(cè)技術(shù)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

統(tǒng)計(jì)表明：浙江電網(wǎng)在運(yùn)的變壓器套管生產(chǎn)廠家主要是傳奇電氣、上海MWB、南京智達(dá)、南京南瓷、ABB、西安西瓷、NGK電瓷，市場(chǎng)占有率依次從高到低排列。這7個(gè)廠家及天威瑞恒、泛美雷特共9個(gè)套管生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品有15種不同的末屏接地結(jié)構(gòu)，在開展套管末屏帶電檢測(cè)接口開發(fā)與套管在線監(jiān)測(cè)/帶電檢測(cè)技術(shù)研究中，要考慮適應(yīng)不同的末屏結(jié)構(gòu)和接地方式。

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