摘要：绝缘电阻能有效地发现设备是否存在整体受潮、劣化和贯通性等缺陷。本文就某变电站110kV主变预试过程中发现的一起中性点套管绝缘低及微水超标的试验缺陷，分析了造成套管绝缘低及微水超标的原因，并提出了建议与防范措施。
关键词：绝缘技术；主变中性点套管；电容型套管；缺陷原因分析；处理
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电可靠性。
变压器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。本文基于某站110kV#2主变中性点油浸电容式套管绝缘低的原因进行了分析，并对故障进行了有效的处理。
1 套管结构原理
为了更好地为查找套管发生缺陷的原因以及便于我们进行缺陷诊断分析，首先了解变压器套管的结构原理。
110kV及以上的变压器套管通常是油纸电容型，这种套管是依据电容分压原理卷制而成的，电容芯子以电缆纸和油作为主绝缘，其外部是瓷绝缘，电容芯子必须全部浸在优质的变压器油中。110kV及以上电容型套管的法兰上有一只接地小套管，接地小套管与电容芯子的最末屏（接地屏）相连，运行时接地，检修时供试验（如测量介质损耗、绝缘电阻等）用。
图1 变压器套管结构图
电容式套管是采用电容屏均压的套管，它以若干串接的电容芯子作为内绝缘，也称主绝缘。其绝缘好坏一是看它绝缘是否受潮、劣化等，通过测量绝缘电阻和介质损耗因数来判断；二是看套管内部若干串接的电容屏是否有击穿可能，通过测量电容量来判断。为防止套管在运行中出现绝缘缺陷，甚至引发套管在运行中爆裂的事故，应定期进行主绝缘和末屏对地的介损及绝缘试验。
变压器套管结构图及套管绝缘电容层等效示意图：
图2 套管内部电容层等效示意图
如上图所示，油纸电容式套管主要由中心套管、电容芯子、外绝缘及安装法兰等组成，其末屏测量端子将套管的总电容划分为电容C1和C2两个部分组成，其中C1为套管中心导管与测量端子间的电容量，是套管的主绝缘电容，R1为主绝缘电阻（导电杆与末屏间的绝缘电阻）；C2为测量端子（末屏）与连接套筒（法兰）间的电容量，R2为末屏与法兰间的绝缘电阻。
变压器运行中套管末屏测量端子直接接地，套管法兰与变压器油箱连接也直接接地，运行电压全部加在C1上，而C2则因为末屏测量端子与法兰均接地而被短接，正常情况下不承受任何电压，因此变压器套管需要考核的绝缘应该是套管的主绝缘电容。
图3 套管电容等效结构图
2 缺陷套管试验数据
2013年7月19日，温度23℃，湿度70%，晴天。在110kV某变电站进行110kV主变套管预试时，发现110kV侧A相套管绝缘缺陷。试验数据如下：
3 套管试验超标的原因分析
数据表明了#2主变变高A相套管主绝缘及末屏绝缘电阻均只有3MΩ，大大低于规程要求的110kV及以上套管主绝缘的绝缘电阻值一般不应低于10000MΩ，未屏对地的绝缘电阻不应低于1000 MΩ；同时电容量变化已达到143.7%，规程要求电容量变化不大于+ 5%，本体及未屏tgδ（%）值也因绝缘太低无法进行测量。
另外，在抽取的中性点套管绝缘油试验中发现微水含量为60（mg/l），油中溶解气体组分中氢气含量为1793.9（μL/L）及二氧化碳含量为36012μL/L；均超注意值，并经多次测试及更换仪器后，测得的结果变化不大，经三比值法计算存在局部放电现象，另油中CO2含量高达36012μL/L，故障已涉及固体绝缘。
该相套管绝缘油中溶解气体组分中氢气含量超注意值，可能的原因是绝缘油中微水含量增加，油中水分与油中杂质容易形成导电“小桥”，也会导致绝缘材料包括油绝缘以及纸绝缘的绝缘能力降低，发生的局部放电现象，同时水分在电场作用下也会发生电解，水与铁又会发生化学反应，都可能产生氢气。
综合以上试验数据分析，判断该中性点套管存在着绝缘受潮，套管电容屏可能部分击穿，通过外观检查也发现了套管的油位表存着异常，里面的弹簧已存在着生锈痕迹，可以确定套管内存有水分.该主变变高中性点套管已存在着严重的设备安全隐患，而由于此次是变压器中性点套管缺陷，并未导致主变本体主绝缘故障，避免了故障事态的进一步恶化，为了确保该站变压器的安全运行，杜绝事故的发生，必须尽快对该套管进行更换，从而彻底消除2号主变中性点套管存在的严重安全隐患，保证了电网的安全运行。
4 缺陷套管处理与检查
为了进一步研究和分析造成该站#2主变变高中性点套管故障的原因，以及积累套管故障分析的经验，对该套管进行解体检查。
4.1 解体检查
在对该中性点套管进行解体过程中，观察发现该套管储油室注油孔的密封胶垫已破损，并且该储油室机构里面的部分压力弹簧、胶垫圈等均存在生锈痕迹，储油室底部也有锈迹的沉淀；另外，套管底部油纸颜色较其他部位更为深色，呈深褐色。各个迹象都表明该套管严重受潮，与试验结论相符。
图4 注油孔密封胶垫破损和压力弹簧生锈
图5 底部油纸呈深褐色和油室底部锈痕沉淀
4.2 检查结果分析
该中性点套管由于套管头油室注油孔密封胶垫破损导致密封不良，水分渗透到该套管中去，是造成该套管严重受潮的主要原因。另外，在此次油纸检查中除了底部油纸颜色较为深沉外，并没有发现放电击穿的痕迹，但由于受潮后的套管绝缘性能下降，不排除局部放电的可能以及水分的存在共同加速绝缘老化。
5 结论与建议
近年来主变套管缺陷事件在主变预试中不时有发现，但中性点套管缺陷事件较少，因为在变压器正常运行中，中性点套管并不承载高压，只有当变压器三相运行出现不平衡的状况或者当出现短路冲击的情况下，中性点套管才有可能出现电流，因此中性点套管缺陷发生的概率相对高压套管比较低；另外，现在的变压器大多数采用中性点直接或间接接地方式，对于有故障的中性点套管来说，在实际运行中也很难表露出故障现象。所以，在此次发现主变套管缺陷，应引起足够的重视，通过进一步研究和分析中性点套管缺陷的原因，积累套管故障分析的经验，便于我们日常运行的巡检与维护。
同时，由于中性点套管缺陷比较少见，并且在最近也发现同批次主变套管与法兰密封连接处的填充胶出现开裂的情况，针对以上所有情况，建议做好以下几点防范措施。
1. 对设备制造厂应加强质量管理，在制造工艺中应有针对性的制定有关措施，严格把好产品的质量关；
2. 从源头把控，认真做好出厂监造，严格按照标准完成设备交接试验及竣工验收工作；
3. 对缺陷设备的同批次型号套管进行统计，一方面要加强运行巡视，另一方面利用停电预试机会，加强试验跟踪；
4. 组织人员展开对变压器套管的相关培训，熟悉和掌握套管内部结构及原理，掌握高压试验与化学试验的方法，进行综合分析诊断；
5. 建议厂家对该类型套管进行相应的改进措施，避免此类事件的再次发生。
6．建议变压器逢停必测试绝缘。
7．加强油位监视，及时发现异常。
参考文献：
[1] 陈化钢，电力设备预防性试验方法及诊断技术，中国水利水电出版社. 2009.11
[2] GB50150-91，电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S]
[3] Q/CSG114002 -2011，电力设备预防性试验规程[S]
论文作者:李靖,王植
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/3
标签：套管论文; 电容论文; 变压器论文; 缺陷论文; 油纸论文; 发生论文; 芯子论文; 《河南电力》2018年23期论文;