李　林

(國(guó)網(wǎng)德陽(yáng)供電公司，四川 德陽(yáng)　618000)

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一起主變壓器套管將軍帽發(fā)熱故障的分析與處理

李林

(國(guó)網(wǎng)德陽(yáng)供電公司，四川 德陽(yáng)618000)

紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)一起110 kV主變壓器高壓側(cè)套管將軍帽發(fā)熱故障，介紹了故障的檢查處理過(guò)程，并對(duì)發(fā)熱故障的原因進(jìn)行了分析，分析表明引線(xiàn)頭固定座的銷(xiāo)孔破裂是導(dǎo)致本次故障的直接原因。最后針對(duì)此類(lèi)故障，對(duì)套管的生產(chǎn)、裝配、日常維護(hù)以及過(guò)程監(jiān)督等提出了整改措施。

變壓器套管；將軍帽；發(fā)熱；整改措施

0　引　言

變壓器高壓套管對(duì)高壓繞組引出線(xiàn)起絕緣和支持作用，其套管頂部的將軍帽是變壓器套管與外部引線(xiàn)連接的重要部件[1]。近些年，在電力系統(tǒng)中發(fā)生了多起變壓器運(yùn)行事故，其中變壓器套管的事故率占了很大的比例[2]。下面介紹一起主變壓器高壓側(cè)套管將軍帽發(fā)熱故障的現(xiàn)象及檢查處理過(guò)程，詳細(xì)分析發(fā)熱故障的原因，并針對(duì)此類(lèi)故障提出了整改措施。

1　故障現(xiàn)象

2015年3月27日，某110 kV變電站運(yùn)行人員對(duì)1號(hào)主變壓器進(jìn)行紅外測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)主變壓器110 kV側(cè)A相套管將軍帽處溫度為66.6 ℃，B相套管將軍帽處溫度為58.6 ℃，當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度為8 ℃，正常相C相套管將軍帽處僅11.7 ℃，如圖1所示。根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出A相套管發(fā)熱處相對(duì)溫差為93.7%，B相套管發(fā)熱處相對(duì)溫差為92.7%，根據(jù)DL/T 664-2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，電流制熱型設(shè)備與金屬部件的連接相對(duì)溫差大于80%小于95%為嚴(yán)重缺陷[3]。

圖1　主變壓器套管紅外測(cè)溫圖

2　檢查處理過(guò)程

2.1故障檢查

2015年4月1日安排停電進(jìn)行檢查處理。對(duì)該主變壓器進(jìn)行了直流電阻測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，根據(jù)Q/GDW 1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》，1.6 MVA以上的變壓器相電阻不平衡率不應(yīng)大于2%[4]，判定直流電阻不平衡率嚴(yán)重超標(biāo)，并且A相、B相每一擋的直流電阻值都比C相大20 mΩ左右。結(jié)合紅外測(cè)溫結(jié)果，判定套管將軍帽與導(dǎo)電桿接觸不良，于是對(duì)三相套管將軍帽逐一進(jìn)行檢查處理。

取下將軍帽與套管的4個(gè)密封螺栓，發(fā)現(xiàn)A、B兩相套管的將軍帽松動(dòng)，引線(xiàn)頭固定座的銷(xiāo)孔破裂，

表1　主變壓器直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

圓柱銷(xiāo)已經(jīng)脫離銷(xiāo)孔，向上可以提起將軍帽和套管導(dǎo)電桿，如圖2所示； 而C相則正常。對(duì)A相、B相套管進(jìn)一步檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)將軍帽的螺牙和內(nèi)壁處均有放電痕跡，并且能清楚地看到將軍帽的螺牙有過(guò)熱燒損現(xiàn)象，如圖3所示。

圖2　A相、B相套管引線(xiàn)接頭結(jié)構(gòu)圖

2.2故障處理

針對(duì)此起故障，首先找到了同廠(chǎng)家同型號(hào)套管的引線(xiàn)頭固定座，對(duì)A、B兩相進(jìn)行了更換。然后對(duì)將軍帽螺牙、內(nèi)壁和套管導(dǎo)電桿絲口進(jìn)行清潔、擦拭。通過(guò)處理，增加了將軍帽與導(dǎo)電桿的螺紋旋入深度，增大了接觸面積。最后在裝回將軍帽時(shí)，在其螺紋上均勻涂抹了導(dǎo)電膏，填補(bǔ)粗絲螺紋以及燒損螺牙之間的空隙。處理完后，對(duì)主變壓器進(jìn)行直流電阻測(cè)試，直流電阻值合格，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

圖3　將軍帽的過(guò)熱放電現(xiàn)象

擋位ROA/mΩROB/mΩROC/mΩ不平衡率/%1722.7724.0729.00.872712.9714.0714.10.103702.9703.5702.80.104692.0692.1691.90.035681.7683.1682.50.216671.8673.3672.70.227661.8662.9662.60.178651.7653.0653.00.209639.7640.3640.80.1710654.3654.3654.90.10

3　故障原因分析

該主變壓器套管為電容式套管，套管引線(xiàn)接頭結(jié)構(gòu)如圖4所示。引線(xiàn)頭固定座和圓柱銷(xiāo)在套管載流回路中起著極其重要的作用，它們使導(dǎo)電桿固定后與將軍帽擰緊。因此引線(xiàn)頭固定座的好壞在很大程度上決定了導(dǎo)電桿與將軍帽的接觸情況。

從圖2可以看出引線(xiàn)頭固定座的銷(xiāo)孔破裂、圓柱銷(xiāo)向上彎曲，這是因?yàn)樵谔坠苎b配時(shí)將軍帽擰得過(guò)緊，導(dǎo)致導(dǎo)電桿被迫向上運(yùn)動(dòng)。受力分析如圖5所示，圓柱銷(xiāo)受到導(dǎo)電桿對(duì)它的力F1，該力的長(zhǎng)期作用使圓柱銷(xiāo)向上彎曲；同時(shí)，圓柱銷(xiāo)為保持平衡，銷(xiāo)孔對(duì)圓柱銷(xiāo)施加F2、F3兩個(gè)力，根據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系，銷(xiāo)孔同樣受到圓柱銷(xiāo)對(duì)它向上的力，力的長(zhǎng)期作用導(dǎo)致銷(xiāo)孔破裂。而且，該套管的引線(xiàn)頭固定座存在設(shè)計(jì)缺陷，經(jīng)測(cè)量銷(xiāo)孔離邊沿大約為2 mm，距離太近，易被圓柱銷(xiāo)拉裂。

圖4　套管引線(xiàn)接頭結(jié)構(gòu)圖

圖5　圓柱銷(xiāo)的受力分析

從圖3可以看出將軍帽的內(nèi)壁處有放電痕跡，這是由于引線(xiàn)頭固定座的銷(xiāo)孔破裂，致使插在導(dǎo)電桿中的圓柱銷(xiāo)失去了固定作用。隨著變壓器運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)，圓柱銷(xiāo)滑向?qū)④娒币贿叄鐖D6(a)所示，圓柱銷(xiāo)與將軍帽內(nèi)壁間歇接觸，造成放電。其相應(yīng)的等效電路如圖6(b)所示，圖中R為圓柱銷(xiāo)、部分導(dǎo)電桿和將軍帽三者串聯(lián)的等效電阻，F(xiàn)為圓柱銷(xiāo)與將軍帽內(nèi)壁之間的“棒-板”間隙。由于a點(diǎn)電位大于b點(diǎn)電位，通常電流I是經(jīng)過(guò)R從a到b，當(dāng)圓柱銷(xiāo)與將軍帽內(nèi)壁接觸時(shí)，電流I經(jīng)過(guò)F從a到b，由于F是間歇性接觸，其接觸電阻較大，將產(chǎn)生發(fā)熱。另一方面，當(dāng)圓柱銷(xiāo)接近將軍帽內(nèi)壁時(shí)，兩者之間的電場(chǎng)發(fā)生畸變，電子在電場(chǎng)作用下迅速運(yùn)動(dòng)，引起氣體的不斷碰撞電離，產(chǎn)生電子崩，形成流注[5]，最終導(dǎo)致電暈放電，致使將軍帽的內(nèi)壁處有放電痕跡。在套管裝配時(shí)，將軍帽與導(dǎo)電桿不斷擰緊的過(guò)程中，導(dǎo)電桿下面的繞組引線(xiàn)產(chǎn)生了扭矩，此扭矩和螺紋之間的靜摩擦力矩形成了暫態(tài)平衡。由于引線(xiàn)頭固定座的銷(xiāo)孔破裂，圓柱銷(xiāo)無(wú)法使導(dǎo)電桿固定，因此變壓器運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)使將軍帽和導(dǎo)電桿之間的靜摩擦力減小，造成導(dǎo)電桿扭矩逐漸釋放，產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，致使導(dǎo)電桿與將軍帽之間的退絲、松動(dòng)，于是接觸電阻增大，產(chǎn)生高溫發(fā)熱，導(dǎo)致將軍帽螺牙燒損。螺牙燒損又造成將軍帽與導(dǎo)電桿之間螺紋連接的公差配合不當(dāng)，使得接觸電阻進(jìn)一步增大，同時(shí)過(guò)熱也會(huì)促使接觸電阻增大，加劇過(guò)熱現(xiàn)象，形成惡性循環(huán)。

圖6　圓柱銷(xiāo)與將軍帽之間的位置圖

4　整改措施

此起故障若不處理，一方面套管將軍帽持續(xù)發(fā)熱溫度過(guò)高，可能造成套管炸裂；另一方面若引線(xiàn)頭固定座銷(xiāo)孔的破裂部分順著套管芯道掉進(jìn)變壓器器身內(nèi)，可能會(huì)造成變壓器繞組匝間短路，或鐵心多點(diǎn)接地。因此，提出以下整改措施預(yù)防同類(lèi)故障發(fā)生：

圖7　引線(xiàn)頭固定座示意圖

1)加強(qiáng)對(duì)主變壓器套管將軍帽處的紅外測(cè)溫監(jiān)測(cè)，尤其是同廠(chǎng)家同型號(hào)的套管。對(duì)發(fā)熱嚴(yán)重的套管，盡快停電處理，處理前后進(jìn)行直流電阻測(cè)試；對(duì)發(fā)熱嚴(yán)重但不能及時(shí)停電處理的套管，應(yīng)加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測(cè)。在停電檢修中，發(fā)現(xiàn)直流電阻有異常時(shí)，應(yīng)拆下套管將軍帽進(jìn)行檢查處理。

2)在套管裝配時(shí)，將軍帽不能擰的過(guò)緊，讓引線(xiàn)頭固定座銷(xiāo)孔承受圓柱銷(xiāo)的力減小。

圖8　引線(xiàn)頭固定座高度變化示意圖

3)對(duì)引線(xiàn)頭固定座的質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)，將引線(xiàn)頭固定座由鋁材質(zhì)改為銅材質(zhì)，增加硬度，避免被拉裂。

4)對(duì)引線(xiàn)頭固定座的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。其一，增大銷(xiāo)孔到邊沿的距離d1。從圖中可以看出增大銷(xiāo)孔到邊沿的距離后，銷(xiāo)孔上面部分就能承受圓柱銷(xiāo)更大的力，不易破裂。其二，增大引線(xiàn)頭固定座的高度d2，可以避免將軍帽過(guò)度擰緊，如圖7、圖8所示。從圖8(a)可以看出引線(xiàn)頭固定座與將軍帽之間還

有空隙，在裝配過(guò)程中可以不斷擰緊將軍帽，使圓柱銷(xiāo)拉的很緊，受力很大，久之銷(xiāo)孔就易破裂。圖8(b)中引線(xiàn)頭固定座緊緊抵著將軍帽，就無(wú)法使將軍帽過(guò)度擰緊，避免圓柱銷(xiāo)拉的過(guò)緊。

5)加強(qiáng)對(duì)套管安裝過(guò)程的技術(shù)監(jiān)督，嚴(yán)把每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)，從根本上避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。

5　結(jié)　論

套管是變壓器的重要部件，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，需要停運(yùn)變壓器進(jìn)行檢修，這無(wú)疑增大了電網(wǎng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此采取有效的措施對(duì)套管進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、迅速判斷、快速處理問(wèn)題，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]李建. 運(yùn)行中變壓器套管將軍帽發(fā)熱缺陷分析[C]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)高壓專(zhuān)委會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2007.

[2]曹飛翔，李友忠. 一起220 kV變壓器套管接頭發(fā)熱問(wèn)題的分析及處理[J]. 變壓器，2012，49 (2)：75-76.

[3]DL/T 664-2008，帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范[S].

[4]Q/GDW 1168-2013，輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5]文遠(yuǎn)芳. 高電壓技術(shù)[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001.

A heating defect on HV bushing coupler of 110 kV main transformer is discovered by infrared temperature measurement. The treatment process is introduced, and the reasons of heating defect are analyzed. The analysis shows that the fracture of pinhole of lead top fixing base is the direct cause of this defect. Aiming at such defects, the rectification measures are presented for the production, assembly, daily maintenance, process supervision and so on.

transformer bushing; coupler; heating; rectification measures

TM406

B

1003-6954(2016)04-0050-04

2016-03-20)

李林(1984)，碩士、技師、工程師，現(xiàn)主要從事變電檢修相關(guān)工作。