油纸电容式套管末屏故障处理及原因分析

摘要：本文主要阐述了我单位近两年来变压器套管检修试验中发现的几起由于末屏装置异常引发的缺陷。并通过分析处理，总结出导致这几起缺陷的原因。一是套管末屏装置在结构、装配及制造工艺方面存在不足，导致导电杆与末屏接触不良，造成运行中低能量放电引起缺陷；二是由于检修人员工艺水平和操作方法不当导致的末屏损坏，以上原因都给变压器的安全运行造成了极大地隐患。最后，提出了消除缺陷的解决措施、日后设备检修中应注意的问题以及自己的一些见解，仅供电力同行借鉴和探讨。

关键词：油纸电容式套管 套管末屏 故障分析

1 概述

套管是变压器中一个主要部件，变压器绕组的引线是依靠套管引出箱外的，套管起到绕组引线对油箱的绝缘、固定和将电流输送到箱外的作用，它需适应外界各类环境条件，并要有一定的机械强度。套管分纯瓷套管、充油套管、充气套管、电容式套管等不同形式。为了使110kV及以上的套管辐向和轴向场强均匀，其绝缘结构一般采用电容型，即在导电杆上包上许多绝缘层，其间根据场强分布特点夹有许多铝箔，以组成一串同心圆柱形电容器。最外层铝箔即末屏通过小套管引出，作为验证变压器性能是否符合有关标准或技术条件的预防性试验项目。套管试验主要检测变压器主绝缘和电容式套管末屏对地绝缘电阻、套管介质损耗、电容量和局部放电量等，末屏在运行中应良好接地。另外如果运行中由于各种原因造成末屏不健全或接地不良，那么末屏对地会形成一个电容，而这个电容远小于套管本身的电容，按照电容串联原理，将在末屏与地之间形成很高的悬浮电压，造成末屏对地放电，烧毁附近的绝缘物，严重的还会发生套管爆炸事故。

2 缺陷实例

2.1 实例一

2009年3月14日，保定供电公司220kV棋盘变电站＃3主变进行春检预试工作，例行对变压器套管进行高压和油务试验。在进行高压套管绝缘油色谱试验时根据色谱试验数据显示，#3主变C相高压套管总烃、氢气、乙炔含量严重超标，通过三比值法判断为套管内部存在电弧性放电故障，存在严重缺陷。该套管技术参数：型号：BRL1W1-252/630-4；序号200620；生产厂家：西安西电高压电瓷有限责任公司；出厂日期：2006年11月。

2.1.1 高压和油务试验数据如下：

高压试验数据，tanδ(%)/电容量(pF)

通过高压试验数据，未发现套管主绝缘和末屏绝缘存在异常。

色谱试验数据(μL/L)A相高压套管数据：

B相高压套管数据：

C相高压套管数据：

2.1.2 从试验数据结果初步分析

①产品密封不严，造成该套管进水受潮引起内部绝缘局部受潮，局部绝缘性能降低，引起内部放电，使套管油中乙炔、甲烷、氢气等含气量的增大，由于CO和CO2含量增长幅度较小，估计纸绝缘没有受到严重破坏。由于试验时环境温度较低，且该主变负荷较小造成的水沉入储油柜底部，油中微水含量不高，所以微水测试结果正常。

②高压试验时测试结果正常，tanδ和电容量没有明显变化，估计套管主绝缘没有受到严重破坏，但套管末屏与其连接引线的接触面较小，变压器在正常运行时电压比试验电压高得多，接触面不能满足载流量需要，造成套管内部放电，使变压器油在高温下分解，油中乙炔、甲烷、氢气等含气量的增大。

2.1.3 缺陷处理与检查分析

当日公司因无同型号备件，联系西瓷厂家，连夜发送同型号高压套管，生产部门于3月17日更换高压C相套管，主变恢复运行。

3月17日，在河北省电力公司生产部、电力研究院、保定供电公司和套管厂家等变压器专业人员的见证下，西瓷技术人员对更换下来的B相套管进行了解体检查。现场检查发现，该套管各零部件正常，结合紧密，外观清洁、连接可靠，未发现闪络、渗油及其他异常，且该套管储油柜油位计的指示正常。未发现其他异常现象。当拆开套管末屏，放油观察套管末屏内部时，发现套管末屏刻孔向左侧偏下移位约2cm。末屏顶针顶在末屏刻孔边缘，未到绝缘纸上（图1）。该种型号套管采用的末屏为顶针式，顶针内有弹簧，末屏为一较厚的铜排绕在芯体上外部再包绕多层绝缘纸，最后在末屏位置将绝缘纸划掉直径约2.5cm的一圈（称为末屏刻孔），顶针顶在刻孔露出的铜排上接地（图2）。

继续解体进行检查，当抽出电容芯子，测量绝缘纸末端至导管末端的距离为84mm（正常设计值为90mm），芯子整体向左下位移约6mm（图4）。

随后又对芯体进行了划芯检查，检查是整体移位还是中间层移动，逐层测量了电容屏对底部的距离，均下移了6mm左右，说明中间层无相对位移。应为整体向下移动。根据顶针的滑动痕迹判断应为芯体整体旋转约1.9cm。痕迹为直线型，中间无下压的凹陷，说明移位是一次完成，中间没有缓冲过程（图3）。划芯最后未发现芯体最里层绝缘纸与导电体之间有粘合剂。说明厂家设计制造和制作工艺中电缆纸最里层漏涂粘合剂及芯体绕制力度不够。图5中也可明显看出芯体与导杆之间有明显的缝隙。

从上述检查结果确定缺陷产生原因是套管芯体移位导致末屏顶针与接地铜排错位，末屏顶针与周围包裹铜排的绝缘纸解除，运行中由于末屏不能有效接地，造成虚接现象，引起内部放电。也基本验证了最初通过试验数据对缺陷产生原因的判断。

2.1.4 采取措施及结论

省公司针对此次缺陷制定了《关于加强排查西安西电高压套管有限公司高压套管缺陷的通知》，要求对该种型号套故进行末屏装置的检查。

我公司随即结合棋盘220kV站的套管缺陷对其他变电站套管解体检查。对西瓷末屏检查的方法为：①进行套管色谱试验，高压试验，分析试验数据有无异常。②拆开套管末屏，放油，观察套管末屏内部的末屏刻孔是否移位，移位的判断方法为末屏刻孔中心是否正对末屏孔，引线带上是否有位移划痕。若无移位则进行真空注油，静置24小时后恢复运行。在检查中又发现了220kV雄州站#3主变高压B相套管和110kV清风店站#3主变高压C相套管都存在同样的缺陷隐患，通过对缺陷的及早发现和消除有效的避免了套管末屏因解除不良放电所导致的设备损坏等严重后果。