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110kV主变高压套管试验数据异常分析
作者：赵胤 郭涛 董典帅
来源：《华中电力》2014年第04期
摘要：变压器套管是变压器的重要部件，在变压器运行过程中长期通过负载电流。本文主要讨论了主变试验中两起套管试验数据异常缺陷，通过对试验数据的分析，发现均为套管油室顶盖固定不紧造成的。
关键词：单套管、介质损耗、电容量、主变、绝缘 0、 引言
变压器套管对高压引线起固定作用，是变压器的重要附件。变压器套管在运行中由于进水受潮、局部放电等原因而导致事故，套管故障在主变事故中占有很大的比例，根据有关研究110kV、220kV套管故障约占主变故障的11.3%，而500kV套管故障占主变事故更高，约为28.6%。因此套管的正常运行是相当重要的。 1、 试验实例分析
在12年4月对××变1#主变进行例行性试验（主变型号：SFZ10-40000/110， 05年9月投运），及12年12月对3#主变进行例行性试验（主变型号：SZ11-80000/110， 09年12月投运）时，均发现B相套管试验结果异常，其它试验数据正常。如表1所示。
依据网省公司《输变电设备状态检修试验规程》规定，220kV及以下变压器，油纸绝缘型套管介质损耗因数应：≤0.007，这两台主变的B相套管的主屏介质损耗都明显超标。 套管介质损耗超标必须引起足够的重视，因为绝缘介损试验是一项反映套管绝缘性能的重要项目，介质损耗角的变化可反映介质受潮、劣化变质、以及绝缘中局部放电等缺陷，若套管介质损耗值过大还会引起介质发热，使绝缘加速老化，甚至导致热击穿。
以上两台主变高压套管，由同一家公司生产，型号：COT550/800。下文根据套管结构对电气试验接线图进行分析，并探讨了本例中套管介质损耗超标的成因。 2、 套管结构分析
针对套管试验数据异常，首先对套管的机械及绝缘结构进行分析。该油纸电容型变压器套管是由接线板、油室、瓷套（外绝缘）、电容芯体（内绝缘）、联接法兰、均压环和均压球等组成，其中上顶部接线板安装在油室顶盖上，油室顶盖旋装在油室上，如需检修油室内部可将其卸下，为了防止漏水，顶盖与油室间由橡胶圈密封。
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在油室内部有软连接及螺栓等将空心导电铜管固定在油室金属外壳上，因此顶端接线板是通过顶盖与油室相连，接通到导电铜杆上的。
在空心导电铜管的外面则用0.08～0.12mm厚的铝箔及油纸交替卷在导电杆上，最终形成了以导电铜管为中心的多个柱形电容器，导电铜管处于最高的电位，而运行中最外面的一层铝箔（即末屏）是接地的，在运行中就相当于多个电容器相串联的电路。根据分压原理，导电管对地的电压等于电容屏间的电压之和，而设计时每层电容屏间的电压是相等的。 套管的底部则与线圈相联。
套管的主屏介损和电容量试验主要检测的就是导电铜管至末屏间的绝缘介质。而两台主变套管介质损耗超标，一般由如下原因引起：套管表面受潮、套管表面脏污、绝缘油存在气泡，安装问题、套管内绝缘存在老化等。 3、 现场试验过程
从表1、表2的试验结果分析，两台主变高压套管B相介质损耗严重超标，而电容量无显著变化。可以确定各电容单元正常，即不存在串联的各电容单元开路或短路的问题，所以单纯的介损增大就可以判断为试验回路中阻性电流增大引起。依据相关理论，当电气设备的绝缘普遍受潮、脏污或老化、安装不到位以及绝缘中有气隙发生局部放电时，流过绝缘的有功电流分量IR将增大，介质损耗将增加。对于套管绝缘，因为套管整体体积及其电容量都较小，因此介质损耗不仅能反映整体缺陷，也能反映它的局部缺陷。所以套管介质损耗超标，必须引起足够重视。
4月试验的套管发现介质损耗超标后，针对各种可能原因采取以下步骤进行排除： 1）对套管外表进行擦拭、烘干，重新进行单套管介质损耗测试，测试结果依然超标，排除表面原因；
2）测量末屏介损和电容量，无异常，排除末屏缺陷； 3）通过套管油化试验，未发现有气体，排除局部放电因素；
4）检查导电回路的情况，包括接线板，软连接、弹簧组及油室中的连接情况。在将油室打开检查过程中发现顶盖未旋紧，当将其紧固后，再做试验数据如下： 介损：0.23%，电容量：283.9pF，△C（%）：0.32
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试验数据与规程及历史数据相符，说明就是顶盖未紧固引起。为了保证修试质量，其后再将油室打开检查，发现顶盖与油室连接旋纹处有铜绿，其它内部部件未见异常。将其处理并重新安装后复试正常。
5）由于有了该主变的经验，在12月3#号主变试验中发现同样问题时，直接用500V电动摇表进行绝缘测量套管油室与顶盖的绝缘电阻为3MΩ，说明油室顶盖安装不到位，将其紧固后试验数据正常如下：
介损：0.26%，电容量：305.9pF，△C（%）：1.63 4、 原因分析及理论探讨
单套管试验时，在引线处加压，在末屏处进行测量，介质损耗tgδ（%）=（IR/IC）×100%。如图1所示，正常时无附加电阻R。这两只套管介质损耗超标，都是在回路中串了一个电阻，使IR在总电流中的比重增加，有功损耗增加。 图1 单套管介质损耗测量示意图
其中C1：套管主屏电容；C2：套管末屏电容；R：附加电阻
这两只套管的问题都是端部接线板与内部导电杆不等电位所致，从结构来看导电杆在内部与油室相连，油室外壳与顶盖间垫有密封塞，当顶盖与油室连接处由于密封不严生锈后接触不良，它们之间相当于产生了附加电阻。而接线板是装在顶盖上的，因此在进行试验时将加压线加在顶盖上任何位置时附加电阻就会导致介损超标。 5、 总结
一般来说在对套管进行主绝缘和末屏对地绝缘试验，发现的套管绝缘异常、套管进水、进气受潮和电容屏放电烧伤等问题较多。而本文通过对110kV主变进行例行试验，发现套管试验数据异常，通过对试验回路理论分析、套管机械结构研究和现场实际试验，最终发现该套管试验数据异常原因为套管油室顶盖固定不紧造成的。如果加压部位不在顶端接线板处，而在油室外壳上，则此类缺陷还不易发现。通过这两个例子可见在进行试验时应注意对试验回路的甄别，避免由于部分回路未接入而造成不能及时发现缺陷。 参考文献：
[1] 杨星，朱建新. 变压器的等电位屏结构工艺特点及其故障特征分析 [2] 保变天威变压器股份有限公司. 变压器试验技术：机械工业出版社，2008
