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摘要：文章在介绍主变高压套管的结构原理的基础上，对主变高压套管主要故障类型及产生的原因进行了分析，探讨了正确的处理方法，提出了主变高压套管在运行和检修中需要注意的事项，以确保主变的安全运行。
关键词：主变高压套管；电流致热型；电压致热型；末屏；垫圈；变压器 文献标识码：A
中图分类号：TM421 文章编号：1009-2374（2016）32-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.036
变压器是变电站的核心电气设备，承担着电压转换、电能传输及分配以及电压转换的重任，其主要由绕组、铁芯、油枕、油箱、由变压器本体和各类配置装置组成。变压器套管是变压器重要的组成配件，是变压器载流元件之一。本文主要针对变电站最常见的油纸电容式套管的结构简要介绍，并针对常见电流型致热的将军帽故障和电压型致热型的套管漏油故障以及末屏故障三个缺陷进行详细分析，提出合理的处理方法和运维建议。
1 设备结构
电容式变压器套管为全密封结构，由电容芯子，上下瓷套、连接法兰、油枕、接线板和密封件组成；电容芯子为套管的主绝缘，是由变压器油浸渍的高压电缆纸盒铝箔板组成的多层圆柱形电容器，在连接法兰上设有测量端子（即末屏）作为接榫及局部测量使用，套管内部有变压器油，头部有油枕。
2 变压器套管主要缺陷原因分析
2.1 变压器套管导体发热分析
变压器高压套管作为高压绕组引出线的支持及绝缘体，套管导体部分为穿缆结构，将军帽与线缆头通过螺纹连接，在线缆头处有固定销，线缆头与引线通过银焊接。套管的将军帽与外部接线板或内部导电杆连接处接触不良，属于电流致热型缺陷。若高压套管将军帽设计不合理或者在制造、安装检修时未严格按照工艺要求执行，可能导致将军帽、线缆头导电回路局部过热性故障，严重影响变压器的安全稳定运行。其发热原因如下：电气设备有许多导体接头，靠机械联结，但由于接头的实际接触面积远比名义接触面积要小，电流束集流动，形成收缩电阻R1。在导体接头的表面，往往还存在着氧化膜或硫化膜以及周围的气体吸附层，由此产生过渡电阻R2。导体接头的接触电阻由收缩电阻和过渡电阻组成，即R=R1+R2。正常情况下，由于将军帽的内螺母与缆线头的丝扣连接处良好，主导电回路接触电阻很小，即流过主导电回路的电流远远大于分流导电回路的电流，在主导电回路和分流回路中的发热量都很小。但将军帽内螺母及线缆头丝扣，因机械制造或安装因素，公差尺寸配合差，实际接触面积远比名义接触面积小。将军帽的内螺母与线缆头的丝扣接触电阻增大，造成分流回路中流经固定销的电流增大，产生的热量增大。如果热量散发不掉，固定销的温度就会升高，进而导致整个连接部分的导体发热。
案例描述：如图1所示，#1主变110kV侧C相套管将军帽接头发热36.2℃，B相29.8℃，A相25.6℃，当时环境温度19℃，负荷电流203A。故障诊断：套管的将军帽与外部接线板或内部导电杆连接处接触不良。故障点温升41K，温差17K，相对温差41%大于35%，根据电流致热型判断标准属于一般缺陷。
2.2 变压器套管油位异常分析
电容式套管绝大多数用于户外，运行条件恶劣，绝缘油使得套管内绝缘材料与空气接触，避免空气中水分侵入套管内部，能够有效避免绝缘材料氧化，有保养绝缘材料的作用。套管油位异常可分为油位过高或过低两种情况。
套管油位过高的原因和危害主要分为以下四种：一是套管发热引起，长时间运行会造成套管损坏，引起造成设备停运；二是发生了内漏，主变本体油进入套管中，影响套管绝缘水平，给化学实验人员造成误判；三是套管内部绝缘老化膨胀，使得油位升高，大大降低套管绝缘水平，影响设备正常运行；四是套管注油过程中内部空气未排尽，造成假油位，运行中导致油超出游标尺，造成油位过高。由于套管是密封元件，当主变负荷较重，会造成套管内部压力增大，引起渗油，严重时损坏套管。
套管油位过低的原因和危害主要分为以下三种：一是套管严重漏油或长期渗油；二是套管发生内漏，套管油进入本体中；三是检修人员因工作需要（如取油样），多次放油后没有进行补油工作。套管油位过低时套管绝缘介质暴露可能造成绝缘损坏击穿事故，且变压器套管严重缺油，套管容易吸潮，并使套管绝缘下降。套管油位下降，如图2所示，根据电压致热型缺陷定性，套管温差大于2K，即可定性为重大缺陷及以上。油位异常可以通过套管的油位指示观察到，也可以通过红外测温和使用对比法，观察到三相套管的温度存在温差。
2.3 变压器套管末屏故障
由多层相互绝缘的铝箔层组成的电容屏，能有效改善内部电场分布，提高绝缘材料利用率。靠近高压导电部分的第一个屏为零屏，最外一层屏称为末屏，通过末屏接地装置引出接地，整个电容屏全部浸在绝缘油中。在电网内运行时，常见的故障是末屏没有可靠接地。这样导致外绝缘的瓷套表面的电场受内部电容芯子电压分布不均匀，导致套管的电气绝缘性能下降，出现不同电位的不良接触点间或悬浮电位体的连续火花放电、固体之间油的击穿现象。末屏良好接地关系着套管电容屏的绝缘性能。末屏接地引出线穿过小瓷套通过引线柱引出，引线柱对地绝缘，引线柱外加罩金属接地盖或接地冒，引线柱和接地盖相连，接地盖直接接地。接地盖和引线柱连接方式主要分为弹簧片连接和直接接触连接。如图3所示，当密封垫圈失去弹性或老化后，末屏防雨罩与末屏底座之间产生空隙，使末屏容易进水。铜质材料的接地端子与铝质材料的末屏底座遇到水分发生原电池反应，产生电阻率较大的氧化铝，氧化铝造成接地端子按下去后无法复位。由于末屏底座不断地被氧化，使末屏不能很好地接地。
3 针对以上故障的处理措施
针对套管将军帽设计或者制造结构不合理而引起的头部过热问题，可采用银铜过渡，从而减小受热氧化，解决电流致热型的缺陷。针对套管本体或者密封不良，有内漏或外漏等现象，可以通过更换质量好的胶垫，拧紧紧固螺栓，密封圈应受力均匀，松紧适度，使套管密封严密。针对末屏接地不良，导致电位不均，引起放电现象，可以通过高压试验和检修维护发现进行更换维护处理。
4 结语
在详细了解分析了主变高压套管的主要缺陷基础上，秉承一切事故都可以预防的工作理念，提出以下三点建议：一是运维人员应加强关注套管末屏红外测温工作，加深认识电压致热型缺陷；二是试验人员应关注末屏的内置式末屏弹簧的结构属性，必要时测量其绝缘电阻值和tanδ；三是设备部门应严把设备进网关，可应用高压套管在线监测技术。
参考文献
[1] 董建筠.主变油气型高压套管缺陷原因分析[J].企业开发技术，2014，33（11）.
[2] 杨红梅.对一起变压器套管故障及处理方法的探究[J].中国水能及电气化，2014，（2）.
[3] 褚文超.变压器高压套管末屏安全缺陷分析及处理方法[J].内蒙古电力技术，2014，32（1）.
（责任编辑：王 波）
关键词：主变高压套管；电流致热型；电压致热型；末屏；垫圈；变压器 文献标识码：A
中图分类号：TM421 文章编号：1009-2374（2016）32-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.036
变压器是变电站的核心电气设备，承担着电压转换、电能传输及分配以及电压转换的重任，其主要由绕组、铁芯、油枕、油箱、由变压器本体和各类配置装置组成。变压器套管是变压器重要的组成配件，是变压器载流元件之一。本文主要针对变电站最常见的油纸电容式套管的结构简要介绍，并针对常见电流型致热的将军帽故障和电压型致热型的套管漏油故障以及末屏故障三个缺陷进行详细分析，提出合理的处理方法和运维建议。
1 设备结构
电容式变压器套管为全密封结构，由电容芯子，上下瓷套、连接法兰、油枕、接线板和密封件组成；电容芯子为套管的主绝缘，是由变压器油浸渍的高压电缆纸盒铝箔板组成的多层圆柱形电容器，在连接法兰上设有测量端子（即末屏）作为接榫及局部测量使用，套管内部有变压器油，头部有油枕。
2 变压器套管主要缺陷原因分析
2.1 变压器套管导体发热分析
变压器高压套管作为高压绕组引出线的支持及绝缘体，套管导体部分为穿缆结构，将军帽与线缆头通过螺纹连接，在线缆头处有固定销，线缆头与引线通过银焊接。套管的将军帽与外部接线板或内部导电杆连接处接触不良，属于电流致热型缺陷。若高压套管将军帽设计不合理或者在制造、安装检修时未严格按照工艺要求执行，可能导致将军帽、线缆头导电回路局部过热性故障，严重影响变压器的安全稳定运行。其发热原因如下：电气设备有许多导体接头，靠机械联结，但由于接头的实际接触面积远比名义接触面积要小，电流束集流动，形成收缩电阻R1。在导体接头的表面，往往还存在着氧化膜或硫化膜以及周围的气体吸附层，由此产生过渡电阻R2。导体接头的接触电阻由收缩电阻和过渡电阻组成，即R=R1+R2。正常情况下，由于将军帽的内螺母与缆线头的丝扣连接处良好，主导电回路接触电阻很小，即流过主导电回路的电流远远大于分流导电回路的电流，在主导电回路和分流回路中的发热量都很小。但将军帽内螺母及线缆头丝扣，因机械制造或安装因素，公差尺寸配合差，实际接触面积远比名义接触面积小。将军帽的内螺母与线缆头的丝扣接触电阻增大，造成分流回路中流经固定销的电流增大，产生的热量增大。如果热量散发不掉，固定销的温度就会升高，进而导致整个连接部分的导体发热。
案例描述：如图1所示，#1主变110kV侧C相套管将军帽接头发热36.2℃，B相29.8℃，A相25.6℃，当时环境温度19℃，负荷电流203A。故障诊断：套管的将军帽与外部接线板或内部导电杆连接处接触不良。故障点温升41K，温差17K，相对温差41%大于35%，根据电流致热型判断标准属于一般缺陷。
2.2 变压器套管油位异常分析
电容式套管绝大多数用于户外，运行条件恶劣，绝缘油使得套管内绝缘材料与空气接触，避免空气中水分侵入套管内部，能够有效避免绝缘材料氧化，有保养绝缘材料的作用。套管油位异常可分为油位过高或过低两种情况。
套管油位过高的原因和危害主要分为以下四种：一是套管发热引起，长时间运行会造成套管损坏，引起造成设备停运；二是发生了内漏，主变本体油进入套管中，影响套管绝缘水平，给化学实验人员造成误判；三是套管内部绝缘老化膨胀，使得油位升高，大大降低套管绝缘水平，影响设备正常运行；四是套管注油过程中内部空气未排尽，造成假油位，运行中导致油超出游标尺，造成油位过高。由于套管是密封元件，当主变负荷较重，会造成套管内部压力增大，引起渗油，严重时损坏套管。
套管油位过低的原因和危害主要分为以下三种：一是套管严重漏油或长期渗油；二是套管发生内漏，套管油进入本体中；三是检修人员因工作需要（如取油样），多次放油后没有进行补油工作。套管油位过低时套管绝缘介质暴露可能造成绝缘损坏击穿事故，且变压器套管严重缺油，套管容易吸潮，并使套管绝缘下降。套管油位下降，如图2所示，根据电压致热型缺陷定性，套管温差大于2K，即可定性为重大缺陷及以上。油位异常可以通过套管的油位指示观察到，也可以通过红外测温和使用对比法，观察到三相套管的温度存在温差。
2.3 变压器套管末屏故障
由多层相互绝缘的铝箔层组成的电容屏，能有效改善内部电场分布，提高绝缘材料利用率。靠近高压导电部分的第一个屏为零屏，最外一层屏称为末屏，通过末屏接地装置引出接地，整个电容屏全部浸在绝缘油中。在电网内运行时，常见的故障是末屏没有可靠接地。这样导致外绝缘的瓷套表面的电场受内部电容芯子电压分布不均匀，导致套管的电气绝缘性能下降，出现不同电位的不良接触点间或悬浮电位体的连续火花放电、固体之间油的击穿现象。末屏良好接地关系着套管电容屏的绝缘性能。末屏接地引出线穿过小瓷套通过引线柱引出，引线柱对地绝缘，引线柱外加罩金属接地盖或接地冒，引线柱和接地盖相连，接地盖直接接地。接地盖和引线柱连接方式主要分为弹簧片连接和直接接触连接。如图3所示，当密封垫圈失去弹性或老化后，末屏防雨罩与末屏底座之间产生空隙，使末屏容易进水。铜质材料的接地端子与铝质材料的末屏底座遇到水分发生原电池反应，产生电阻率较大的氧化铝，氧化铝造成接地端子按下去后无法复位。由于末屏底座不断地被氧化，使末屏不能很好地接地。
3 针对以上故障的处理措施
针对套管将军帽设计或者制造结构不合理而引起的头部过热问题，可采用银铜过渡，从而减小受热氧化，解决电流致热型的缺陷。针对套管本体或者密封不良，有内漏或外漏等现象，可以通过更换质量好的胶垫，拧紧紧固螺栓，密封圈应受力均匀，松紧适度，使套管密封严密。针对末屏接地不良，导致电位不均，引起放电现象，可以通过高压试验和检修维护发现进行更换维护处理。
4 结语
在详细了解分析了主变高压套管的主要缺陷基础上，秉承一切事故都可以预防的工作理念，提出以下三点建议：一是运维人员应加强关注套管末屏红外测温工作，加深认识电压致热型缺陷；二是试验人员应关注末屏的内置式末屏弹簧的结构属性，必要时测量其绝缘电阻值和tanδ；三是设备部门应严把设备进网关，可应用高压套管在线监测技术。
参考文献
[1] 董建筠.主变油气型高压套管缺陷原因分析[J].企业开发技术，2014，33（11）.
[2] 杨红梅.对一起变压器套管故障及处理方法的探究[J].中国水能及电气化，2014，（2）.
[3] 褚文超.变压器高压套管末屏安全缺陷分析及处理方法[J].内蒙古电力技术，2014，32（1）.
（责任编辑：王 波）