摘要：变压器套管缺陷在变压器的缺陷中占有较大比例，套管试验是发现套管缺陷的重要手段。然而在试验中解开末屏接地的过程比较费时费力，恢复末屏接地时还存在虚接形成悬浮电位放电的风险，影响变压器的安全运行。针对此情况本文研制了一种变压器套管末屏试验辅助装置。该辅助装置包括金属固定环和卡扣两部分，利用这两部分之间的结构配合可以快速地完成解开末屏接地的步骤，缩短了变压器套管试验所需的工作时间。同时该辅助装置还设计有一种末屏接地状态测试电路，通过LED的亮起与否就可以直观地判断出末屏接地是否恢复良好，保证了变压器的安全稳定运行。
关键词：变压器套管；末屏；试验；辅助装置
ABSTRACT：The defect of transformer bushing occupies a large proportion in the defect of transformer. Transformer bushing test is an important means to find equipment defects. However, it is time-consuming and laborious to unwind the grounding of the end shield in the test. When restoring the end shield grounding, there is also the risk of suspended potential discharge caused by virtual connection, which affects the safe operation of the transformer. Aiming at this situation, this paper develops an auxiliary device for transformer bushing tap test. The auxiliary device consists of two parts, the metal fixed ring and the snap, and the structural coordination between the two parts can quickly complete the steps of ungrounding the end shield and shorten the working time of transformer bushing test. At the same time, the auxiliary device also designs a test circuit for the terminal screen grounding state, which can directly judge whether the end shield grounding is restored. It ensures the safe and stable operation of the transformer.
KEY WORDS：transformer bushing, end shield, test, auxiliary device
0 引言
绝缘套管是电力变压器的一个重要部件，它可以实现变压器高压引出线之间、高压引出线与变压器金属外壳之间的绝缘，同时还对高压引出线起着机械固定的作用。110kV及以上电压等级的变压器套管通常采用电容型结构[1]。
电容型套管主要由导电杆、电容芯子、瓷套等部分组成。电容芯子是套管的主绝缘部分，它是采用一定厚度的铝箔和绝缘纸加压力交替卷制在导电杆上成型的，各层铝箔间形成了一系列相互串联的同心圆柱形电容屏，其中最靠近导电杆的一层屏为零屏，最外一层屏为末屏。在套管正常运行时，末屏必须可靠接地，这样才能使电容芯子起到改善电场分布的作用，从而保证套管的电气绝缘性能。在对套管进行试验时，解开末屏的接地，此时通过末屏可以测量主绝缘和末屏对地的电容量及介质损耗因数tanδ，据此能够有效发现绝缘受潮、电容屏短路或开路等缺陷[2]。因此，简单可靠地完成末屏接地状态的切换，是保证变压器稳定运行的重要措施。
变压器套管末屏接地方式，可分为外露连接式（外置式）、金属外罩封闭式（内置式）和常接地式[3]，三种类型都有较为广泛的应用。其中常接地方式通过弹簧式接地套来实现末屏可靠接地，试验时需要向内按压金属接地套来解开接地，然而由于缺乏专用的工具，这一过程存在着费时、费力的问题。为此，本文研制了一种针对常接地式结构的变压器套管末屏试验辅助装置，它可以便捷地完成解开末屏接地的操作，并具有确认试验完成之后末屏接地恢复情况的功能，可以有效缩短套管的试验时间，具有良好的实用价值。
1 变压器套管试验
为了发现运行套管中的缺陷，预防发生事故和设备损坏，需要定期对变压器套管进行检查和试验，主要包括主绝缘试验和末屏试验。《电力设备检修试验规程》规定110kV油纸电容型套管主绝缘tanδ在20℃时的值应不大于1%，电容型套管的电容值与出厂值或上一次试验值的差别超过±5%时，应查明原因。电容型套管末屏对地绝缘电阻小于1000MΩ时，应测量末屏对地tanδ，其值不大于2%[4]。
电容型套管主绝缘tanδ采用正接法，末屏对地tanδ采用反接屏蔽法，接线图如图1所示。可见在试验时，必须要解开末屏的接地，这样才能得到正确的测试结果。而在试验完成之后，需要将末屏恢复接地，若末屏接地恢复不良好，悬浮的末屏可能出现放电，将给变压器的运行带来巨大的隐患。因此，如何简单可靠地完成末屏接地状态的切换，是变压器套管试验过程中的关键步骤。
（b）末屏对地tanδ测量接线图
图1 变压器套管tanδ测量接线图
2 常接地式末屏的结构
常接地式末屏在电力系统中有着广泛的应用，其结构图如图2所示。该末屏接地装置的底座及护套盖由铝材料制成，底座安装在套管法兰上的预留处，通过螺栓固定并且接地。套管末屏由金属引线柱引出，引线柱对地绝缘。引线柱外套有一个可沿引线柱上下滑动的金属接地套，同时接地套与引线柱之间能够时刻保持紧密接触，在接地套下方还装有一个弹簧装置。在正常状态下，弹簧受压后产生反弹力，将接地套向上推，从而稳稳地与末屏内侧接地金属片相接触。这样末屏引线柱就通过弹簧式金属接地套达到了可靠接地的目的。当需要解开末屏接地时，只需克服弹簧弹力将接地套向下推，使接地套与末屏内侧接地金属片脱离接触即可。末屏最外部的金属护套盖通过底座上的螺纹旋紧，并在护套盖与底座的接触面上垫有密封圈，如此可以有效防止灰尘和潮气的进入。常接地式末屏的实物图如图3所示。
图3 常接地式末屏实物图
在进行套管末屏试验时，需要断开末屏的接地。目前试验人员常用的操作方法是，先用手捏住金属接地套并用力向下推至一定位置，使引线柱上的限位孔露出，然后往限位孔中插入一个圆柱形接线头，从而保持末屏悬空不接地，如图4所示。
图4 目前常用的解开末屏接地方法
由于金属接地套的可受力面积比较小，同时弹簧的弹力系数又比较大，因此用手推下接地套这一过程十分费时、费力，并且试验人员的手还具有受伤的风险，对试验人员的技术及经验要求非常高。试验完成后需要将末屏恢复接地，常接地式末屏结构是靠弹簧弹力来实现末屏接地的，因此当弹簧出现卡涩造成回弹不到位时，末屏将出现虚接的情况，从而形成悬浮电位放电，影响变压器的安全运行，严重时甚至会损毁变压器。我局曾出现过因套管末屏接地不良造成的安全事故，因此试验完成后一定需要确认末屏恢复接地是否良好。由于恢复接地情况难以用肉眼察觉，通常需要用万用表或摇表进行确认，这一过程也增加了试验过程的繁琐程度。因此，迫切需要一种合适的试验辅助装置，来帮助作业人员更简便地完成试验工作。
3 试验辅助装置的研制
本文研制了一种用于快速解开常接地式末屏接地的试验辅助装置。基于常接地式末屏的结构可知，解开末屏接地的关键是克服弹簧反弹力将接地套环顶下去，并固定住。根据这一设计思路，本文设计的辅助装置主要由金属固定环和卡扣两部分组成，如图5所示。
图5 套管末屏试验辅助装置结构图
金属固定环设有内螺纹，并且螺纹尺寸与末屏底座螺纹相一致，可以轻易地旋进底座螺纹上，金属固定环外沿有卡槽结构，它主要起固定卡扣的作用。卡扣包括扣体和扣臂，扣体中心设有圆孔，用于末屏试验的摇表表笔能够穿过圆孔与接地套相接触；圆孔的下底面设有金属片，金属片在使用时与接地套接触，起到加固卡扣的作用，从而可以避免在顶开接地套环的过程中由于用力过大损坏卡扣。扣臂设置在扣体两端，卡扣通过扣臂扣接在金属固定环的卡槽上，卡臂的宽度与卡槽宽度相同，当卡臂扣接在卡槽上的，使得变压器套管末屏接地端保持悬空。
为了可以更加方便地判断末屏的接地情况，防止出现试验结束后末屏恢复接地不良好的情况，在卡扣中还设置了一种简易的测试电路，如图6所示。该测试电路布置在卡扣中的电路槽中，主要包括纽扣电池、LED灯和开关三部分。电路的一端设置于扣臂低端，当扣臂扣接在金属固定环上时，此端子通过金属固定环与地相连。电路另一端连接卡扣圆孔处的金属片，使用时此端子通过金属片与末屏接地套接触。因此当开关闭合时，若末屏接地良好，则LED灯亮；若末屏接地不良，则则LED灯不亮。借此就可以判断末屏的接地状态。
图6 末屏接地状况测试电路图
根据以上设计思路，并应用3D打印技术制作出来的套管末屏试验辅助装置如图7所示。在进行套管试验时，先将金属固定环拧进末屏底座螺纹上固定，再将卡扣金属片对准末屏接地套并用力向下按压顶开末屏接地套，然后旋转卡扣使其扣接于金属固定环上的卡槽处，此时闭合开关，若LED灯不亮，则表明末屏接地已断开。试验结束后，旋转卡扣松开其与金属固定环的扣接，在弹簧压力作用下末屏接地套恢复接地，此时按下开关，若LED灯亮则表示末屏接地恢复良好，不需要另外用摇表或万用表进行确认。
图7 试验辅助装置效果图
值得一提的是，本文研制的辅助试验装置分成了固定环和卡扣两个部分，并没有采用一体式结构（即将固定环和卡扣合成一体）。这是因为如果采用一体式结构，如此即是在装置拧进去的过程中将接地套顶下去，但是由于弹簧会产生一种反作用力，拧的过程中容易把底座螺纹损伤，从而导致密封不良，引起套管末屏受潮。
4 现场应用情况
在110kV某变电站#1主变预试过程中，对该试验辅助装置的现场适用性进行了试验，现场使用效果如图8所示。试验结果表明，该装置现场实用效果良好，利用该装置可以非常方便地解开常接地式套管末屏的接地，同时可以很直观地显示试验完成后末屏接地是否恢复良好，保证了变压器的安全稳定运行。
图8 试验辅助装置现场使用效果图
为了进一步检验该装置的应用效果，随后又对该装置进行了大量的现场试验，并统计了使用该装置前后变压器套管预试的耗时情况。结果表明，使用该装置后110kV变压器套管预试作业用时缩短了约25%。证明该装置具有良好的使用价值，能够大大提高变压器套管预试的工作效率，进一步保障了电网的安全运行。
5 总结
变压器套管试验是了解设备运行状态的重要手段，然而受常接地式末屏结构的影响，在解开末屏接地的过程中存在费时费力的问题，恢复末屏接地时还存在虚接形成悬浮电位放电的风险，影响变压器的安全运行。基于此本文研制了一种变压器套管末屏试验辅助装置。该装置包括金属固定环和卡扣两部分，利用这两部分之间的结构配合可以快速地完成解开末屏接地的步骤，缩短了变压器套管预试所需的工作时间。在该装置中还设计了一种末屏接地状态测试电路，通过LED的亮起与否可以直观地判断出末屏接地是否恢复良好，保证了变压器的安全稳定运行。
参考文献
[1]申琦，姚军，王来善，丁国成．220kV变压器套管末屏缺陷分析及其预防措施[J]．安徽电力，2012，29(01)：20-23．
[2]何兴华．变压器套管末屏接地常见问题分析[J]．山东工业技术，2016(24)：278-279．
[3]杨坡，孟庆大，王建伟，张伟，等.变压器套管末屏接地缺陷分析及改进措施[J].华北电力技术，2015(05)：61-65.
[4]中国南方电网有限责任公司.电力设备检修试验规程[S].Q/CSG1206007-2017.
作者简介
何俊达(1984-)，男，工程硕士，现主要从事高电压与绝缘技术方面的研究工作。
刘从聪(1992-)，男，硕士研究生，现主要从事高电压与绝缘技术方面的研究工作。
钟荣富(1988-)，男，硕士研究生，主要研究方向为输变电设备外绝缘。
项目名称：套管末屏试验用辅助装置,
编号：031900KK52180052
论文作者:何俊达,刘从聪,钟荣富
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：套管论文; 变压器论文; 装置论文; 金属论文; 电容论文; 弹簧论文; 金属片论文; 《电力设备》2018年第20期论文;