变压器套管末屏故障.doc

变压器套管末屏故障分析及处理来源：旺点电气 时间：2010-09-15 阅读：505次标签：变压器套管机组1引言变压器套管是将变压器内部的高、低压引线引到油箱外部的出线装置。套管作为引线对地的绝缘，还担负 着固定引线的作用。因此，它必须具有 规定的电气和机械强度。由于它在运行中除应承受长期负载电流外，还应 能承受短路时的瞬时过热，即应有良表 1 2000年一2007年套管故障数据Table 1 Data of fault bushings in 2000 to 2007 年代 2000托 2001年20o2年 2003经 2004钜 2005年 2006钲 2007年套管事故次数 1 5 2 l 5 O 4 4 套管故 障次数 63 63 l09 89 77 3l3 359 628 末屏接地 不良 2 4 6 7 8 l7 l6 30 故障发生次数 注：2007年套管故障次数中含套管渗漏油 310次。好的热稳定性。如果变压器套管存在缺陷或发生故 障，将直接危及变压器的安全运行及其供龟可靠性。近年来，运行中的套管事故率和故障率都呈上升趋势。据不完全统计，2000年以来，50okV变压器 套管在运行中发生爆炸、着火事故的有 9次之多。国家电网公司资料统计如表 l所示。油浸电容式套管故障的形成主要是结构或制 造工艺不良、安装工艺不良等造成套管接头过热; 瓷套外绝缘在恶劣环境下发生雨中闪络;末屏接地 不良造成油色谱超标等。长期运行中密封垫圈老化 裂纹，发生漏油、渗水，加上维护不到位，使套管的电 气绝缘性能下降，甚至发生套管爆炸。因此，对运行中的油纸电容式套管应加强监视，及时进行检修、维 护及试验，提前采取防范措施，确保设备安全运行。笔者就油浸电容式套管末屏接地不良引起的故障加 以分析，并提出改进建议和防范措施。 信息来源:3652油浸电容式套管的基本结构 信息来源: 油浸电容式套管是由接线端子、储油柜、上瓷 套、下瓷套 、电容芯子、导杆 、绝缘油、法兰、接地套 管、电压抽头和均压球等组成的。套管绝缘由内绝缘和外绝缘构成。外绝缘通常为瓷套，内绝缘为一圆柱形电容芯子，该圆柱中心的铜(铝) 导管既是电容芯子的骨架，又是套管用于穿过引线电缆的引线孔(穿缆式)，必要时可作为零屏。 油纸电容式套管的中间法兰上，一般分别装有测量端子和电压抽头。测量端子是从电容芯子最外 一层电容屏卷入一层约0.3ram厚、50ram宽的铜带，电容芯子机械加工后，挖一小窗口，使铜带露出，然 后用焊锡焊上软铜绞线与接地小套管内部导杆相连接，通过绝缘套管引出的，该层电容屏主要用来 测量电容套管的介质损耗因数和电容量。在局部放电测量时，用该电容屏对中间法兰的电容值(该端 子对地电容较小)和电容芯子的电容值形成分压 器，用来测量变压器的局部放电量。电压抽头是由套管电容芯子最外第二层屏通过绝缘套管引出的， 其对地电容比较大，可以输出一定功率。无论是测量端子还是电压抽头，由于它们的对地电容与套管 的主电容相比都是比较小的，所以，在套管运行时，必须可靠接地。 信息来源:3油浸电容式套管末屏接地结构 信息来源: 目前，运行中的油浸电容式套管的主绝缘电容 屏结构无大差异，但套管外部接线端子，特别是末 屏结构有较大差异。随着技术进步和制造工艺的提高，其结构也发生了很大变化。不管如何变化，套管 末屏出现的问题还是占套管缺陷的绝大部分。据统计，套管的缺陷与异常中，套管接头过热、渗漏油、介质或油介损超标和套管末屏接触不良故障占据前列，有些故障通过远红外测试和观察等可以及时 发现，但套管末屏接地不良等则难以在运行中发现。因此，了解末屏接地不良给设备安全运行带来的危害，积极开展对其监测的研究，十分必要。 信息来源:http:/365 4油浸电容式套管末屏故障现象、原因分析及处理 信息来源:3654.1 变压器故障及分析 信息来源: (1)1991年 7月 24日，某变电所变压器(1986 年 1月生产，1987年 l 1月投入运行)在系统无操 作、无负载情况下，A相差动保护动作跳闸，高压A 相套管电容芯子飞出，套管末屏熔断，套管电容芯子 内电极(穿缆导杆)断成4段，套管下部绝缘成型件 严重损坏，均压球变形。分析为由于套管末屏接地不 良，产生局部放电，逐渐波及到主电容屏，使主电容 屏电场发生严重畸变，导致套管主绝缘击穿、爆炸。 信息来源:(2)2008年 9月 14日，西北某 330kV变电站 3 号主变发生故障，各种保护正确动作，压力释放阀动 作，三侧开关均跳闸。事故后现场检查，高压侧套管 三相及中性点套管的瓷套全部碎裂。根据现场运行 人员记录的情况，高压侧套管 B相碎裂，根部起火 后其他两相高压侧套管及中性点套管爆裂，火势在 20min后被扑灭。 该高压套管型号为 BRDL3W一363/630一A，1999 年 4月生产。经分析，事故的起因是由于330kV B 相套管末屏接地装置在结构、装配及制工艺方面存 在缺陷，导致导电杆与末屏接触不良，造成低能量局 部放电，经较长时间向内发展，烧蚀短接了部分电容 屏，致使剩余电容屏电位分布改变，造成高压对地短 路。电弧引发套管油迅速分解、套管内部压力增大， 致使 B相上、下瓷套爆炸并着火。碎瓷片及火焰波 及 A相、C相瓷套及中性点瓷套，致使其破碎并着 火。故障情况如图2所示。 信息来源: (3)2008年 9月 24日凌晨 ，华南某发电厂，受 台风的影响(瞬时风速达 51m/s)，造成多台发电机 跳闸。9月 24日2时 O3分，5号发电机跳闸，主变差 动保护动作，厂用电切换正常。9月 24日2时09 分，4号机组跳闸，查 4号主变差动保护动作。9月 24日2时 l2分 3号机组跳闸，查 3号主变差动保 护。4号主变出线套管停机前(2：09分左右)发现着 火。5号主变 B相 500kV套管直接发生雨闪;3号、4 号主变 A相 500kV套管发生机械损伤后造成对地 闪络。经仔细检查发现，5号主变A相、C相 500kV 套管的末屏出现接触不良，其中A相套管的非瓷性 绝缘件已过热老化，出现渗漏油现象(见图 3);C相套管的引线接头已有明显过热痕迹。4.2 由交接和预防性试验发现的故障(1)某 500kV变电所，在 1996年春季预试时发 现：1号电抗器 (型号：BKDFP一40000/500，1981年 l2月制造)C相套管，在绝缘试验时发现末屏绝缘 不良，在测绝缘电阻时，听到中问法兰处有放电声。 套管分解后，发现套管末屏有两个引出接地线，其 中闲置的引出线未做绝缘处理，残留约 40mm长的 引线头压在外层白布带内，白布带松脱后 ，引线头下落至距离法兰很近的内壁处，以致出现测绝缘时 的放电声。经绝缘处理后运行良好。 信息来源:365 (2)2006年3月 21日，大连某变电所 2号变定 检时，发现一次 A相套管末屏与接地外罩上有很明 显的放电、烧蚀痕迹。经检查，原因是末屏引出铜线 与小套管连接松动，造成放电。 信息来源:365(3)某变电所主变型号为SFZ8一M一25000/63，套 管型号为BRW366(1999年 l1月生产)，小套管经 接地罩(俗称“草帽”式接地罩)接地。变压器预防性 试验后投入运行时，66kV侧 A相、B相套管末屏小 套管接地罩与法兰之问放电。 经检查分析，在进行套管测量后，由于在上接地 罩固定螺栓前，没有将接地罩和法兰问的油漆清除， 致使接地罩和法兰之间接触不良，导致变压器运行 后接地罩与法兰间放电。将接地罩和法兰之间油漆 清除、接触良好后，运行正常。 请登陆: 浏览更多信息 (4)某变电所型号为 s74000/63主变，套管型 号为 BRY一60(1973年 2月产品)。预防性试验时，发 现高压 B相套管末屏绝缘电阻明显下降，仅为 10MQ(标准为 1 000MQ)。采用介损电桥经末屏测 量套管 tan8，当施加电压 2kV时，电桥显示放电，无 法测量。经检查分析，66kV B相套管末屏结构为老 式经接地片接地。外观检查发现小套管密封圈老化 严重，并有渗油痕迹。可能在拆接地片时内部接地线 跟着同时转动，导致小套管内部引线松动后与中间 法兰间距离不够、发生放电。经拆开检查发现，末屏 间引出线焊接点已经断开并搭接在法兰上，引线上 绝缘护套短，其裸露部分与法兰间发生放电。 信息来源:365(5)2006年某变电所主变型号为 SZ11-31500/ 66，66kV套管型号为 BRLW72.5/6304(20o5年 9 月生产)，接地套管导电杆与接地帽螺纹相连接地 (俗称“顶杆式”接地)。在交接验收进行局部放电试 验时，发现变压器 B相套管放电量达几万皮库，A 相、C相放电量也在 2 000pC-3 000pC，超过标准值。 根据放电图谱判断套管本身内部有接触不良现象。 经过反复查找，发现高压 B相末屏小套管绝缘电阻 为0，A相、C相小套管顶螺杆式接地罩接地不良。B 相套管处理后，A相、C相又采用人为接地后，变压 器整体局部放电量均小于 150pC。 在拆开末屏小套管处理套管缺陷时，发现该末 屏小套管内、外都存在缺陷。一是电 容芯子地屏引出至接地小套管内部导电杆软铜线 焊点严重偏离引出孔位置;二是引出软铜线外面套 的绝缘管长度不够，致使引线裸露部分接地;三是 接地小套管接地所采用的“顶杆式”接地罩尺寸不 对，螺杆与接地罩内螺纹接触不到位，造成接地悬 浮。将接地屏至小套管之间连线套上足够长的绝缘 管，同时，将外部接地帽改为接地片直接接地后运 行良好。 信息来源:365(6)某 220kV变电所 ，主变压器 (型号 为 SFP9 120000/220，1999年 9月生产)高压套管型号为 BRLW一220/6303，末屏小套管接地为顶杆式弹簧 结构接地 。 在交接试验时，使用 5 O00V兆欧表进行末屏小 套管绝缘电阻测量中，发现兆欧表指针不稳定。进 行 tan测量，当电压施加到 5kV时，电容 与出厂 值比较变化不大，但 tan值增长很大;当电压施加 到 lOkV后，电桥屏幕上显示放电故障，测量无法进 行。 雷诺尔油纸套管末屏接地装置接地，雷诺尔末屏接地通过末屏引出杆上的推拔铜 套与套管内部法兰连接接地，接地是否良好主要是 由推拔铜套上的弹簧弹力和推拔铜套与法兰接触 面的紧密程度决定。当运行需要接地时，在弹簧的 作用下 ，接地帽与法兰接触达到接地目的;当测量 需要打开接地时，把销钉插入固定销孔内，则接地 帽就会离开一定距离。当采用细销钉时，接地帽与 中部法兰间隙小，容易放电;当采用粗销钉时，接地 帽与中问法兰间隙就大，能够满足测量要求。接地 销钉大小对测试结果的影响如表2所示。 信息来源: 处理方法：测量前，要根据销孑L大小选择销钉，当发现测量数据不正常时，要先检查此位置是否按 照要求插入销钉。测量完毕拔出销钉后，要用表计测 量接地是否良好，以防止接地帽与中部法兰间存在 氧化膜或弹簧压力不够导致末屏接地不良，造成运 行中放电。 信息来源:3654.3 通过色谱分析发现的故障 信息来源:365(1)大连 220kV变电所1号主变高压 C相套管 和另一 220kV变电所1号主变高压 B相套管，对套 管油进行定期色谱分析时发现可燃气体含量超标。经检查为套管电容屏末屏接地不良。处理后运行良好。 信息来源:http:/365(2)1999年 3月 20日，某电厂 l号主变高压 C 相套管定期色谱分析中，发现套管内部存在高能 放电故障。经解体检查，故障为末屏接地线引线 ， 在小套管内侧处断开，造成放电。1999年 4月 7 日，该主变二次A相套管定期色谱分析中，发现乙 炔 1 0251xL/L、总烃 9 613 L/L，套管内部存在高能 放电故障。经解体检查为末屏接地线引线，在小套 管内侧处脱落，造成放电，修复后运行良好。 信息来源:(3)某 220kV变压器的66kV侧套管，油色谱分 析，乙炔值达到 5 605p,L/L，试验时介质损失测不出 来 ，说明套管内部存在严重的放电故障。经解体检 查为末屏至接地套管的引线断裂，导致严重放电现 象。某主变高压 C相套管和另一 1号主变高压 B相 套管，通过对套管油进行色谱分析发现乙炔和总烃 含量严重超标，检查发现套管末屏接地不良所致。 信息来源:http:/365(4)2006年，某 66kV变电所 2号主变一次侧 B 相套管定期试验时，发现乙炔含锩为 12.91L/L，乙 烯含量为 174.8 L/L。检查套管末屏发现，其末屏接 地外罩上两接地簧片弹力不足，导致末屏接地不 良，发生放电，引起套管油质劣化。 信息来源:http:/365 4.4 冲击合闸时发生的故障 信息来源:365 某变电所 SFZ731500/63主变，66kV套管型号 为 BRW366，小套管经多股软铜导线接地。在变压 器冲击合闸试验中，66kV C相套管末屏与接地法羔 问放电。经检查，套管末屏接地线由于长年运行加 上引线表面有油漆，致使接地套管 的接线片与多股软导线断裂。根据断裂截面分析，有90%是旧断 面，剩余导线截面非常小，当变压器进行冲击合闸时，发生引线烧断后的放电现象。将接地引线改为 金属片连接。 请登陆: 浏览更多信息 4.5 综合分析 请登陆: 浏览更多信息 在上述多起因套管末屏接地不良的故障中，按 电压等级分析如表 3所示。500kV故障次数虽然少于 220kV及以下套管，但其造成的影响还是很大的，按故障率分析，500kV套管故障率也是最高的。提高500kV套管的制造质量，并对其加强运行维护 是十分必要的。通过预防性试验或交接试验发现的故障有 7 起，占故障总数的 38.9%;通过油色谱试验分析发现 的故障6起，占故障总数的 33.3%;有 4起是引发了 事故或事故后经检查分析发现 ，占故障总数 的 22.2%，只有 l起是在变压器投入运行冲击合闸时 造成末屏接地线放电、断线。对变压器套管进行试验和加强监测，可以有效地防止故障发生。套管油量 虽然比较少，必要时取油样进行色谱分析，是检测套 管故障最有效的手段之一 对制造厂有明确规定不 得取油样试验的，既使确认必须取油试验，也需征得 厂家同意。 套管末屏故障的主要表现型式多为接触不良，早期产品以发生内部断线或松动的较多，主要是引 线引出的导电杆为一体，当外部试验需要拆 、装接地线时，导电杆转动，使内部引线脱落或松动，此类故 障共 占4起。 当出现弹簧压紧式接触的末屏结构后，由于弹 簧作为导体，一且有较大电流通过后，弹簧过热 、弹 力下降，造成恶性循环，接触更为不良。此类故障发 生达 7次之多，其中有2次为外部接地处接触不良， 造成过热。原“雷诺尔”套管的末屏结构属于“弹簧压 紧式”，当套管与触杆滑动不灵活时，弹簧压力不足 以克服摩擦力时，可能造成接地不良。此类故障统计 数龌不大，但试验中多次发生，经处理，缺陷得以消 除。 设汁结构或制造工艺有明显缺陷的有 2起，一 是内部多丑一根引线，且绝缘长度不够，造成放电; 另一是引出螺杆与接地罩内螺纹接触不到位，造成 悬浮。这类工艺、结构性问题值得工厂注意和改进 请登陆: 浏览更多信息 5结束语 信息来源:http:/365 在大型变压器故障中，套管故障带来的危害是 严重的，它的炸裂往往可以引起火灾。要充分重视变 压器套管的选用、验收、安装、试验及维护等工作。无 论国内还是国外工厂生产的套管，对其内、外绝缘都 应留有一定裕度，并考虑系统和环境变化对套管运 行带来的影响，要适应我国环境和电网运行条件的要求。一定要选用有丰富制造经验、有良好运行业 绩、通过权威部门严格型式试验的套管专业生产厂 家的产品。套管的末屏接地不良是引起套管不正常运行的 多发故障，其后果也比较严重。建议制造厂对其结构 加以改进，采用相对固定连接方式的末屏结构。即使 在现场试验进行拆、接操作，也能保证套管末屏经常 处于良好、可靠的接地状态。 加强对新套管的出厂检测和对运行套管的预防 性试验工作。 信息来源: 对新投入运行的套管除进行主绝缘 tan6测量外 ，最好还进行小套管的 tan6测量 ，这样 可为判断小套管绝缘状况提供依据。在对套管进行 移装再利用时，应根据存放时间和搬运情况，确定必 要的试验项目，确保其的完好性。 鉴于套管末屏对安全运行的