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摘要：本文通过油色谱分析法对一起220kV电容式油纸高压套管进行检测，通过对研究分析异常故障原因，结合系统的实际运行情况提出了相应的政策建议，进而为220kV变压器高压套管色谱异常分析提供参考依据。
关键词：变压器 套管 电容式 故障分析
1 概述
在变压器的各种组件中，高压套管作为重要组件，在一定程度上影响和制约着变压器运行的可靠性，其作用是从油箱引出绕组引出线，进而与电网连接。如果变压器的内部故障不能及时发现，或者对变压器维护不当，极易损坏绝缘，甚至将绝缘击穿引发爆炸事故。对油中溶解气体的组分和含量通过采用油色谱进行检测，进而在一定程度上对油电气设备存在的潜伏性故障进行分析，并对故障的发展趋势和危害程度做出判断。因此，为了确保套管和主设备运行的安全性，需要对套管内部存在的潜伏性故障进行判断。所以，需要对套管油样进行定期检测和分析。
2 故障及故障检查
2.1 故障
在2008年220kV棋盘变电站正式投入运营使用，为了确保设备运行的安全性，在2010年3月对该变电站的#3主变进行预防性检测。在检测过程中发现C相套管油色谱出现异常数据，其异常数据表现为：总烃、氢气、乙炔含量严重超标。该套管型号为BRL1W1-252/630-4，是某公司2006年11月出厂的，在表1中列出了其历次油色谱的相关数据。
表1 #3主变高压C相套管油色谱数据（μL/L）
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利用改良三比值法编码规则对#3主变进行检测，故障编码为202，对该套管内部故障按照改良三比值法进行初步判断。其结果是：套管内部不同电位的连接点接触不良引发连续火花放电造成，进而在套管内部出现相应的电弧放电故障。
在对套管内部的潜在故障进行检测过程中，绝缘介质损耗角正切值和电容量不存在异常现象，末屏绝缘电阻满足相应的标准要求。在表2中列出了该套管历次高压试验的相关数据。
2.2 故障检查
为了对该套管的故障原因进行深入的研究分析，需要对该套管进行解体检查。
首先将套管末屏接地装置进行拆除处理，在末屏接地装置的顶针与电容芯子末屏裸露部分的接触部位，发现移动现象，并且已经移动到末屏裸露部分的边缘部位，在顶针与电容芯子末屏接触处存在放电烧蚀的痕迹。
为了进一步研究分析产生末屏接地装置的顶针与电容芯子末屏裸露处移位的原因，对该套管通过解体的方式进行检查，将导管的螺母松开，取出内部的电容芯子，发现该套管电容芯子沿中心导管方向整体下移了23mm。
为了确定套管电容芯子整体下移的原因，需要将电容芯子从中心导管上拆除，在拆除过程中，在电容芯子的最里层，发现电缆纸与中心导管之间没有涂相应的粘接剂，使得卷制的电容芯子不紧密，并且同心度不符合工艺要求，主要表现为：电容芯子端部切削整形后出现波浪形状，并且没有连接电缆纸的两端，导致其镶嵌在电容芯子的内部，电容芯子整体的绕紧力在一定程度上大大降低。
3 分析故障原因
3.1 套管结构
运行中的220kV棋盘变电站#3主变，其高压C相套管使用的是高压油纸电容型套管，这种套管有内外两层绝缘：电缆纸和多层铝箔极板通过卷制，形成圆柱形电容芯子构成内绝缘，随着从中心导管的“零屏”到外部的“末屏”之间距离的逐渐增大，其长度不断缩短。通过对轴向和径向的电场进行控制，同时对端部场强进行均匀处理，在一定程度上确保了每两层铝箔之间的电容的一致性；外绝缘通过瓷套处理，为了便于安装，在瓷套的中部设有金属连接套筒，头部设有油枕满足供油量变化的需要，套筒以下的瓷套伸入变压器油箱，进而实现了瓷套内绝缘的全封闭性。通过总装密封对套管进行处理，将套管进行真空处理，并将变压器油注入其中。在变压器本体内部也有油，但是与套管内部的油是彼此分开的。通过对套管轴向进行弹性处理，进而对导电杆的伸缩进行了相应的补偿。为了满足运行维护的需要，除主体结构外，在油枕上设置油面指示器，将末屏接地装置装在套筒上，同时设有取油样和注油孔等。
通过采用顶针式接地装置，对220kV棋盘变电站#3主变高压C相套管末屏进行处理。图1展示了顶针式末屏接地装置原理。控制顶针式末屏接地装置的难点是，确保接线柱与套管末屏之间接触的可靠性，因为套管与末屏的间距只有5mm，并且是硬接触，接线柱与套管末屏的松紧度在一定程度上难以控制，太松容易出现接触不良，太紧容易造成接线柱发生错位，进而使得与末屏之间接触不良。
3.2 分析故障原因
通过对套管进行试验、解体等处理，我们发现：①通过解体检查，发现末屏接地引出处与电容屏末屏接触不良，进而在运行时产生火花放电，在一定程度上导致该套管的乙炔、总烃、氢气含量超标。②在生产过程中，由于生产厂家未涂粘接剂，没有严密地绕制电容芯子，同心度没有按照工艺要求进行相应的处理，在一定程度上降低了整体的绕紧力，该套管电容芯子在制造、运输、安装、运行过程中，因震动出现整体下移现象，导致末屏绝缘瓷套的顶针滑到电缆纸上，使得套管末屏接地引出处与电容屏末屏之间接触不良。③在制造、运输、安装和运行过程中，套管生产厂家未采取措施防止套管的电容芯子发生位移，在一定程度上间接导致了该套管末屏接地引出处与电容屏末屏接触不良。
4 防范措施
通过油色谱对套管进行检测，及时准确地发现了220kV棋盘变电站#3主变高压C相套管存在的潜在故障，进而避免了套管爆炸事故的发生。
通过采取下列措施，可以有效预防此类故障事故的发生：①在套管制造的过程中，生产厂家要对质量加强管理，对工艺控制卡进行细化，在每个生产环节都要进行严格把关，在一定程度上确保质量管理体系正常运行。②对油中溶解气体的组分和含量通过油色谱检测进行分析，进而对电气设备存在的潜伏性故障进行检查，在一定程度上对其发展趋势及危害程度进行判断。③在测温时充分利用红外热成像仪，对电容型套管本体及末屏根部的温度进行重点检测，加强监测三相不平衡或超出环境温度3℃的设备。④对同类型套管的末屏接地装置接线柱与套管末屏接触情况进行认真检查，发现问题要进行及时的处理。
参考文献：
[1]王静，刘凯，张予洛.绝缘油色谱分析在一起变压器故障中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2011（12）.
[2]高嵩，谢志梅，黎亮明.变压器常见故障及其在线检测技术的探讨[J].价值工程，2012（34）.
[3]邓祥力，王传启，张哲.基于回路平衡方程和励磁电感的特高压变压器保护[J].中国电机工程学报，2012（01）.
关键词：变压器 套管 电容式 故障分析
1 概述
在变压器的各种组件中，高压套管作为重要组件，在一定程度上影响和制约着变压器运行的可靠性，其作用是从油箱引出绕组引出线，进而与电网连接。如果变压器的内部故障不能及时发现，或者对变压器维护不当，极易损坏绝缘，甚至将绝缘击穿引发爆炸事故。对油中溶解气体的组分和含量通过采用油色谱进行检测，进而在一定程度上对油电气设备存在的潜伏性故障进行分析，并对故障的发展趋势和危害程度做出判断。因此，为了确保套管和主设备运行的安全性，需要对套管内部存在的潜伏性故障进行判断。所以，需要对套管油样进行定期检测和分析。
2 故障及故障检查
2.1 故障
在2008年220kV棋盘变电站正式投入运营使用，为了确保设备运行的安全性，在2010年3月对该变电站的#3主变进行预防性检测。在检测过程中发现C相套管油色谱出现异常数据，其异常数据表现为：总烃、氢气、乙炔含量严重超标。该套管型号为BRL1W1-252/630-4，是某公司2006年11月出厂的，在表1中列出了其历次油色谱的相关数据。
表1 #3主变高压C相套管油色谱数据（μL/L）
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利用改良三比值法编码规则对#3主变进行检测，故障编码为202，对该套管内部故障按照改良三比值法进行初步判断。其结果是：套管内部不同电位的连接点接触不良引发连续火花放电造成，进而在套管内部出现相应的电弧放电故障。
在对套管内部的潜在故障进行检测过程中，绝缘介质损耗角正切值和电容量不存在异常现象，末屏绝缘电阻满足相应的标准要求。在表2中列出了该套管历次高压试验的相关数据。
2.2 故障检查
为了对该套管的故障原因进行深入的研究分析，需要对该套管进行解体检查。
首先将套管末屏接地装置进行拆除处理，在末屏接地装置的顶针与电容芯子末屏裸露部分的接触部位，发现移动现象，并且已经移动到末屏裸露部分的边缘部位，在顶针与电容芯子末屏接触处存在放电烧蚀的痕迹。
为了进一步研究分析产生末屏接地装置的顶针与电容芯子末屏裸露处移位的原因，对该套管通过解体的方式进行检查，将导管的螺母松开，取出内部的电容芯子，发现该套管电容芯子沿中心导管方向整体下移了23mm。
为了确定套管电容芯子整体下移的原因，需要将电容芯子从中心导管上拆除，在拆除过程中，在电容芯子的最里层，发现电缆纸与中心导管之间没有涂相应的粘接剂，使得卷制的电容芯子不紧密，并且同心度不符合工艺要求，主要表现为：电容芯子端部切削整形后出现波浪形状，并且没有连接电缆纸的两端，导致其镶嵌在电容芯子的内部，电容芯子整体的绕紧力在一定程度上大大降低。
3 分析故障原因
3.1 套管结构
运行中的220kV棋盘变电站#3主变，其高压C相套管使用的是高压油纸电容型套管，这种套管有内外两层绝缘：电缆纸和多层铝箔极板通过卷制，形成圆柱形电容芯子构成内绝缘，随着从中心导管的“零屏”到外部的“末屏”之间距离的逐渐增大，其长度不断缩短。通过对轴向和径向的电场进行控制，同时对端部场强进行均匀处理，在一定程度上确保了每两层铝箔之间的电容的一致性；外绝缘通过瓷套处理，为了便于安装，在瓷套的中部设有金属连接套筒，头部设有油枕满足供油量变化的需要，套筒以下的瓷套伸入变压器油箱，进而实现了瓷套内绝缘的全封闭性。通过总装密封对套管进行处理，将套管进行真空处理，并将变压器油注入其中。在变压器本体内部也有油，但是与套管内部的油是彼此分开的。通过对套管轴向进行弹性处理，进而对导电杆的伸缩进行了相应的补偿。为了满足运行维护的需要，除主体结构外，在油枕上设置油面指示器，将末屏接地装置装在套筒上，同时设有取油样和注油孔等。
通过采用顶针式接地装置，对220kV棋盘变电站#3主变高压C相套管末屏进行处理。图1展示了顶针式末屏接地装置原理。控制顶针式末屏接地装置的难点是，确保接线柱与套管末屏之间接触的可靠性，因为套管与末屏的间距只有5mm，并且是硬接触，接线柱与套管末屏的松紧度在一定程度上难以控制，太松容易出现接触不良，太紧容易造成接线柱发生错位，进而使得与末屏之间接触不良。
3.2 分析故障原因
通过对套管进行试验、解体等处理，我们发现：①通过解体检查，发现末屏接地引出处与电容屏末屏接触不良，进而在运行时产生火花放电，在一定程度上导致该套管的乙炔、总烃、氢气含量超标。②在生产过程中，由于生产厂家未涂粘接剂，没有严密地绕制电容芯子，同心度没有按照工艺要求进行相应的处理，在一定程度上降低了整体的绕紧力，该套管电容芯子在制造、运输、安装、运行过程中，因震动出现整体下移现象，导致末屏绝缘瓷套的顶针滑到电缆纸上，使得套管末屏接地引出处与电容屏末屏之间接触不良。③在制造、运输、安装和运行过程中，套管生产厂家未采取措施防止套管的电容芯子发生位移，在一定程度上间接导致了该套管末屏接地引出处与电容屏末屏接触不良。
4 防范措施
通过油色谱对套管进行检测，及时准确地发现了220kV棋盘变电站#3主变高压C相套管存在的潜在故障，进而避免了套管爆炸事故的发生。
通过采取下列措施，可以有效预防此类故障事故的发生：①在套管制造的过程中，生产厂家要对质量加强管理，对工艺控制卡进行细化，在每个生产环节都要进行严格把关，在一定程度上确保质量管理体系正常运行。②对油中溶解气体的组分和含量通过油色谱检测进行分析，进而对电气设备存在的潜伏性故障进行检查，在一定程度上对其发展趋势及危害程度进行判断。③在测温时充分利用红外热成像仪，对电容型套管本体及末屏根部的温度进行重点检测，加强监测三相不平衡或超出环境温度3℃的设备。④对同类型套管的末屏接地装置接线柱与套管末屏接触情况进行认真检查，发现问题要进行及时的处理。
参考文献：
[1]王静，刘凯，张予洛.绝缘油色谱分析在一起变压器故障中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2011（12）.
[2]高嵩，谢志梅，黎亮明.变压器常见故障及其在线检测技术的探讨[J].价值工程，2012（34）.
[3]邓祥力，王传启，张哲.基于回路平衡方程和励磁电感的特高压变压器保护[J].中国电机工程学报，2012（01）.