大型變壓器高壓套管爆炸的原因分析及防范措施

畢業(yè)論文題目大型變壓器高壓套管爆炸的原因分析及防范措施姓名XXX學(xué)號XXXXXXXX系〔院〕XXXXXXXXXXX班級XXXXXXXX指導(dǎo)教師XXX職稱XXXX20XX年05月23日目錄15382摘要116007ABSTRACT27582第一章緒論3279781.1課題的背景358581.2課題的意義3291721.3本文的主要工作313343第二章高壓套管技術(shù)條件488732.1高壓套管的定義及分類4272292.1.1高壓套管的定義45052.1.2高壓套管的分類5135492.2技術(shù)要求774072.2.1套管的運(yùn)行條件7224602.2.2套管的制造711913第三章大型變壓器高壓套管事故統(tǒng)計及故障發(fā)現(xiàn)9136883.1高壓套管事故統(tǒng)計9235143.2防范性試驗發(fā)現(xiàn)的故障9244683.3色譜分析發(fā)現(xiàn)的故障1113936第四章大型變壓器高壓套管爆炸事故原因分析及處理13306384.1事故發(fā)生過程 13242414.2絕緣擊穿分析 13299254.3絕緣油中氣泡產(chǎn)生的局部放電 14118444.4油浸紙的氣隙產(chǎn)生局部放電 14135994.5局部放電造成了事故 15212044.6防止電容式套管絕緣事故發(fā)生的有效措施 1516727第五章大型變壓器高壓套管爆炸分析及防范措施總結(jié)17173055.1對套管的故障進(jìn)行分析1795675.2根據(jù)故障分析制定處理措施1742475.3通過套管故障分析發(fā)現(xiàn)形成缺陷的途徑1832451結(jié)束語2016501參考文獻(xiàn)2217324致謝23摘要套管是變壓器的重要組件之一，其作用是把變壓器的高、低壓繞組的引線分別引到油箱的外部。套管不但起著引線對地的絕緣作用，而且還起著固定引線的作用。運(yùn)行中的變壓器要長期承受工作電壓、負(fù)荷電流以及在故障中出現(xiàn)的短時過電壓、大電流的作用，因此對套管的制造、運(yùn)行、檢修和測試都有嚴(yán)格的規(guī)定和要求。近年來，在我國的一些地區(qū)發(fā)生了多起變壓器運(yùn)行事故，而高壓套管故障引發(fā)的事故率所占的比例較大。關(guān)鍵詞：變壓器、套管、故障、檢修ABSTRACTThecasingisoneoftheimportantcomponentsofthetransformer,anditsroleistothetransformerhigh,low-voltagewindingwiresarerespectivelyledtotheexternalfueltank.Sleevenotonlyplaysaleadontheinsulationeffect,butalsoplaysaleadrolefixed.Theoperationofthetransformershouldbelong-termworkundervoltage,loadcurrentandappearedinthefaultofshort-timevoltage,highcurrentrole,sothemanufacture,operation,maintenanceandtestingofthecasinghasstrictregulationsandrequirements.Inrecentyears,therehavebeenmanytransformeraccidentinsomeareasofourcountry,andthefaultofhighvoltagebushingcausedtheaccidentrateofthelargerproportionof.Keywords:maintenance,fault,transformer,casing第一章緒論1.1課題的背景國產(chǎn)電力變壓器110kV及以上進(jìn)出線套管多數(shù)采用油浸紙絕緣電容式套管。這類套管往往由于結(jié)構(gòu)或制造工藝不良，漏油滲水，或者運(yùn)行中維護(hù)不當(dāng)，使電氣絕緣性能下降，造成電力變壓器燒毀或停運(yùn)，危及電力系統(tǒng)的平安。例如：1994年8月邯鄲電業(yè)局1臺SFL-31500/110型電力變壓器由于110kV側(cè)A相套管絕緣事故爆炸，導(dǎo)致變壓器燒毀；1995年潮州電力局1臺SFPS-120000/220型電力變壓器剛投運(yùn)不久由于套管制造工藝不良發(fā)生爆炸，使變壓器停運(yùn)18d，嚴(yán)重影響粵東電網(wǎng)運(yùn)行；1995年茂名熱電廠1臺SFPS-120000/220型電力變壓器由于套管漏油，維護(hù)不良，檢修后投入運(yùn)行1周后發(fā)生套管爆炸，導(dǎo)致變壓器燒毀，損失400多萬元。種種事故說明，出線套管是變壓器絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，一旦套管發(fā)生事故，就會嚴(yán)重影響整個變壓器運(yùn)行。1.2課題的意義在大型變壓器故障中，套管故障帶來的危害是嚴(yán)重的，它的炸裂往往可以引起火災(zāi)。要充分重視變壓器套管的選用、驗收、安裝、試驗及維護(hù)等工作。無論國內(nèi)還是國外工廠生產(chǎn)的套管，對其內(nèi)、外絕緣都應(yīng)留有一定裕度，并考慮系統(tǒng)和環(huán)境變化對套管運(yùn)行帶來的影響，要適應(yīng)我國環(huán)境和電網(wǎng)運(yùn)行條件的要求。一定要選用有豐富制造經(jīng)驗、有良好運(yùn)行業(yè)績、通過權(quán)威部門嚴(yán)格型式試驗的套管專業(yè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品。1.3本文的主要工作本文的主要工作是研究高壓套管末屏接地不良引起的套管故障。從技術(shù)條件上對高壓套管進(jìn)行了定義和分類，并對高壓套管的制造和安裝提出了技術(shù)要求。并且對高壓套管事故做了統(tǒng)計其中事故發(fā)現(xiàn)分成防范性試驗發(fā)現(xiàn)的故障和色譜分析發(fā)現(xiàn)的故障。為了更加詳細(xì)的分析高壓末屏接地不良引起的套管事故本文借用茂名熱電廠4號主變壓器A相高壓套管絕緣層擊穿末屏引線燒斷引起套管過壓爆炸事故講解，并做分析及防范措施總結(jié)。第二章高壓套管技術(shù)條件2.1高壓套管的定義及分類2.1.1高壓套管的定義〔1〕電容式套管主絕緣內(nèi)部布置有導(dǎo)電或半導(dǎo)電的導(dǎo)電層以調(diào)整套管電場分布的套管?！?〕油浸紙?zhí)坠苤鹘^緣由絕緣紙卷繞成芯子所構(gòu)成，經(jīng)處理再浸以絕緣液體(通常為變壓器油)。芯子裝在絕緣套內(nèi)，芯子與絕緣套之間充以與浸漬時所用的相同的絕緣液體?！?〕膠粘紙?zhí)坠苤鹘^緣由上膠紙卷繞成的芯子所構(gòu)成，在卷繞過程中，由于樹脂的涂覆，使每一紙層相粘，并由于樹脂的熱固化而粘結(jié)。膠粘紙?zhí)坠芸梢詭в薪^緣套，此時其中的空間應(yīng)充以絕緣液體或其他絕緣介質(zhì)?！?〕膠浸紙?zhí)坠苤鹘^緣由絕緣紙卷繞的芯子構(gòu)成，隨后經(jīng)樹脂浸漬并固化膠浸紙?zhí)坠芸梢詭в薪^緣套，此時其中的空間應(yīng)充以絕緣液體或其他絕緣介質(zhì)?！?〕澆鑄樹脂套管主絕緣由含或不含無機(jī)充填物的一種由樹脂澆鑄而成的套管?！?〕復(fù)合絕緣套管主絕緣至少由兩種不同的絕緣材料組合所構(gòu)成的套管?！?〕充液體或充混合物套管絕緣套內(nèi)外表和固體主絕緣之間的空間充有油或某種絕緣混合物的套管?！?〕液體絕緣套管主絕緣由油或其他絕緣液體構(gòu)成的套管?！?〕充氣套管固體主絕緣與絕緣套內(nèi)外表之間充以處在大氣壓力或更高壓力的(與周圍空氣不同的)氣體的套管?！?0〕氣體絕緣套管主絕緣由等于或高于大氣壓力的(與周圍空氣不同的)氣體構(gòu)成的套管。〔11〕氣體浸漬套管主絕緣為用紙或塑料膜卷繞的芯子經(jīng)處理后同等于或高于大氣壓力下的(不同于周圍空氣的)全體浸潰構(gòu)成，且芯子與絕緣套之間的空間充以與浸漬的所使用的相同氣體的套管?！?2〕戶內(nèi)套管兩端均設(shè)計用于周圍空氣中但不暴露在戶外大氣條件下的套管?！?3〕戶外套管兩端均設(shè)計用于周圍空氣中，并暴露在戶外大氣條件下的套管。〔14〕戶外一戶內(nèi)套管兩端均設(shè)計用于大氣壓力下周圍空氣中的套管，其一端暴露在戶外大氣條件下，而另一端不暴露在戶外大氣條件下?！?5〕戶外一浸入式套管一端設(shè)計用于周圍空氣中并暴露在戶外大氣條件下，另一端浸人不同于周圍空氣的絕緣介質(zhì)(如油或氣體)中的套管。〔16〕戶內(nèi)浸入式套管一端設(shè)計用于周圍空氣中但不暴露在戶外大氣條件下，而另一端浸人不同于周圍空氣的絕緣介質(zhì)(如油或氣體)中的套管?！?7〕完全浸入式套管兩端均浸人不同于周圍空氣的絕緣介質(zhì)中(如油或氣體)的套管?！?8〕穿纜式套管不具有整體載流導(dǎo)體的套管，電纜或其他導(dǎo)體經(jīng)套管引人并連接到另一端。將它拆卸后可以取下的套管。2.1.2高壓套管的分類套管的分類列于表1。表1套管的分類序號分類特征類別1主絕緣結(jié)構(gòu)電容式膠粘紙膠浸紙油浸紙澆鑄樹脂其他絕緣氣體或液體非電容式氣體絕緣液體絕緣澆鑄樹脂復(fù)合絕緣2使用場所變壓器電抗器氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備斷路器變壓器——?dú)怏w絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備變壓器——電纜終端穿過墻或樓板3運(yùn)行狀態(tài)戶外戶外戶內(nèi)戶外——浸入式一般地區(qū)污穢地區(qū)戶內(nèi)戶內(nèi)——浸入式完全浸入式4安裝方式垂直傾斜水平2.2技術(shù)要求2.2.1套管的運(yùn)行條件〔1〕暫時過電壓額定電壓U等于或低于170kV的套管，應(yīng)能在U電壓下運(yùn)行，額定電壓高于170kV的套管，應(yīng)能在0.8U下運(yùn)行(過電壓時間每24h內(nèi)累計不得超過8h;全年累計不得超過125h)。對過電壓可能超過上述值的系統(tǒng)，可選取較高U的套管?！?〕海拔一端或兩端處于環(huán)境空氣中的套管，適用于在海拔1000m及以下運(yùn)行，當(dāng)套管使用于海拔超過1000m，時，其外絕緣試驗電壓應(yīng)按GB311.1規(guī)定進(jìn)行校正。套管浸人介質(zhì)中的局部，不需作海拔校正。注：由于套管浸入介質(zhì)局部的介質(zhì)擊穿強(qiáng)度和閃絡(luò)電壓的限制.使在高海拔使用的套管，無法在比運(yùn)行地點(diǎn)低的海拔下用試驗的方法來檢驗套管的外絕緣距離是否足夠時，供方可用其他方法來說明其絕緣距離是否適宜。當(dāng)海拔高度超過1000m而不超過4000m時，那么每增高100m，其閃絡(luò)距離應(yīng)增加1%,例:套管安裝的海拔2800m，閃絡(luò)距離增加為:1%*(2800m一1000m)/100m=18%?！?〕環(huán)境空氣和浸入介質(zhì)中運(yùn)行的極限溫度如下:a)環(huán)境空氣溫度最高40℃，最高日平均30℃，最低等級I-25℃;等級1-45℃。b)封閉母線中的空氣溫度最高800℃。c)變壓器中油溫度最高100℃，最高日平均90℃。d)其他介質(zhì)溫度按使用該套管的電器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定?！?〕安裝角度對設(shè)計為垂直安裝的套管，一般允許其軸線與垂直線的安裝夾角不超過30°。對設(shè)計為水平安裝的套管，一般允許其軸線與水平線的安裝夾角不超過15°。當(dāng)需要超過以上規(guī)定的角度情況下安裝時，可按表7允許彎曲負(fù)荷下運(yùn)行，也可由供需雙方協(xié)議商定。2.2.2套管的制造〔1〕套管的瓷套應(yīng)符合GB772的規(guī)定，浸漬或充以其他絕緣介質(zhì)的其瓷套應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定?！?〕套管的爬電比距，套管戶外端瓷套最小公稱爬電距離與套管額定電壓U，的比值(爬電比距)應(yīng)符合GB/T5582的規(guī)定。即:污穢等級爬電比距〔mm/kV〕Ⅰ16II20Ⅲ25Ⅳ31套管戶外端瓷套實際爬電距離對最小公稱爬電距離的負(fù)偏差應(yīng)符合GB772規(guī)定，不得超過下式(1)的規(guī)定。0.025L+6mm……………...(1)式中:L一最小公稱爬電距離。注：對于污穢地區(qū)使用的套管其瓷套外形結(jié)構(gòu)應(yīng)特合JB/T5895的有關(guān)規(guī)定。當(dāng)產(chǎn)品戶外端瓷套平均直徑等于或大于300mm,選用時還應(yīng)考慮有效爬電距離的校正?！?〕套管的接線端子應(yīng)符合GB/T5273規(guī)定?！?〕套管所有外露的金屬附件應(yīng)無毛刺、尖角、開裂，并應(yīng)有防護(hù)層(或鍍層);套管與變壓油接觸的金屬零件外表應(yīng)涂耐油性絕緣漆，膠紙電容芯子外表涂防潮耐油絕緣漆，漆層應(yīng)光滑，無開裂。第三章大型變壓器高壓套管事故統(tǒng)計及故障發(fā)現(xiàn)3.1高壓套管事故統(tǒng)計變壓器套管是將變壓器內(nèi)部的高、低壓引線引到油箱外部的出線裝置。套管作為引線對地的絕緣，還擔(dān)負(fù)著固定引線的作用。因此，它必須具有規(guī)定的電氣和機(jī)械強(qiáng)度。由于它在運(yùn)行中除應(yīng)承受長期負(fù)載電流外，還應(yīng)能承受短路時的瞬時過熱，即應(yīng)有良好的熱穩(wěn)定性。如果變壓器套管存在缺陷或發(fā)生故障，將直接危及變壓器的平安運(yùn)行及其供電可靠性。近年來，運(yùn)行中的套管事故率和故障率都呈上升趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，2000年以來，500kV變壓器套管在運(yùn)行中發(fā)生爆炸、著火事故的有9次之多。國家電網(wǎng)公司資料統(tǒng)計如表2所示。油浸電容式套管故障的形成主要是結(jié)構(gòu)或制造工藝不良、安裝工藝不良等造成套管接頭過熱；瓷套外絕緣在惡劣環(huán)境下發(fā)生雨中閃絡(luò)；末屏接地不良造成油色譜超標(biāo)等。長期運(yùn)行中密封墊圈老化裂紋，發(fā)生漏油、滲水，加上維護(hù)不到位，使套管的電氣絕緣性能下降，甚至發(fā)生套管爆炸。因此，對運(yùn)行中的油紙電容式套管應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，及時進(jìn)行檢修、維護(hù)及試驗，提前采取防范措施，確保設(shè)備平安運(yùn)行。表2高壓套管事故統(tǒng)計年代2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年套管事故次數(shù)15215044套管故障次數(shù)63631098977313359628末屏接地不良故障發(fā)生次數(shù)226781716303.2防范性試驗發(fā)現(xiàn)的故障〔1〕某500kV變電所，在1996年春季預(yù)試時發(fā)現(xiàn)：1號電抗器〔型號：BKDFP－40000/500，1981年12月制造〕C相套管，在絕緣試驗時發(fā)現(xiàn)末屏絕緣不良，在測絕緣電阻時，聽到中間法蘭處有放電聲。套管分解后，發(fā)現(xiàn)套管末屏有兩個引出接地線，其中閑置的引出線未做絕緣處理，殘留約40mm長的引線頭壓在外層白布帶內(nèi)，白布帶松脫后，下落至距離法蘭很近的內(nèi)壁處，以致出現(xiàn)測絕緣時的放電聲。經(jīng)絕緣處理后運(yùn)行良好。〔2〕2006年3月21日，大連某變電所2號變定檢時，發(fā)現(xiàn)一次A相套管末屏與接地外罩上有很明顯的放電、燒蝕痕跡。經(jīng)檢查，原因是末屏引出銅線與小套管連接松動，造成放電?！?〕某變電所主變型號為SFZ8－M－25000/63，套管型號為BRW3－66〔1999年11月生產(chǎn)〕，小套管經(jīng)接地罩〔俗稱“草帽〞式接地罩〕接地。變壓器預(yù)防性試驗后投入運(yùn)行時66kV側(cè)A相、B相套管末屏小套管接地罩與法蘭之間放電。經(jīng)檢查分析，在進(jìn)行套管測量后，由于在上接地罩固定螺栓前，沒有將接地罩和法蘭間的油漆去除，致使接地罩和法蘭之間接觸不良，導(dǎo)致變壓器運(yùn)行后接地罩與法蘭間放電。將接地罩和法蘭之間油漆去除、接觸良好后，運(yùn)行正常?！?〕某變電所型號為S7－4000/63主變，套管型號為BRY－60〔1973年2月產(chǎn)品〕。預(yù)防性試驗時，發(fā)現(xiàn)高壓B相套管末屏絕緣電阻明顯下降，僅為10MΩ〔標(biāo)準(zhǔn)為1000MΩ〕。采用介損電橋經(jīng)末屏測量套管tanδ，當(dāng)施加電壓2kV時，電橋顯示放電，無法測量。經(jīng)檢查分析，66kVB相套管末屏結(jié)構(gòu)為老式經(jīng)接地片接地。外觀檢查發(fā)現(xiàn)小套管密封圈老化嚴(yán)重，并有滲油痕跡?？赡茉诓鸾拥仄瑫r內(nèi)部接地線跟著同時轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致小套管內(nèi)部引線松動后與中間法蘭間距離不夠、發(fā)生放電。經(jīng)拆開檢查發(fā)現(xiàn)，末屏間引出線焊接點(diǎn)已經(jīng)斷開并搭接在法蘭上，引線上絕緣護(hù)套短，其裸露局部與法蘭間發(fā)生放電?！?〕2006年某變電所主變型號為SZ11－31500/66，66kV套管型號為BRLW72．5/630－4〔2005年9月生產(chǎn)〕，接地套管導(dǎo)電桿與接地帽螺紋相連接地〔俗稱“頂桿式〞接地〕。在交接驗收進(jìn)行局部放電試驗時，發(fā)現(xiàn)變壓器B相套管放電量達(dá)幾萬皮庫，A相、C相放電量也在2000pC～3000pC，超過標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)放電圖譜判斷套管本身內(nèi)部有接觸不良現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)查找，發(fā)現(xiàn)高壓B相末屏小套管絕緣電阻為0，A相、C相小套管頂螺桿式接地罩接地不良。B相套管處理后，A相、C相又采用人為接地后，變壓器整體局部放電量均小于150pC。在拆開末屏小套管處理套管缺陷時，發(fā)現(xiàn)該末屏小套管內(nèi)、外都存在缺陷。一是電容芯子地屏引出至接地小套管內(nèi)部導(dǎo)電桿軟銅線焊點(diǎn)嚴(yán)重偏離引出孔位置；二是引出軟銅線外面套的絕緣管長度不夠，致使引線裸露局部接地；三是接地小套管接地所采用的“頂桿式〞接地罩尺寸不對，螺桿與接地罩內(nèi)螺紋接觸不到位，造成接地懸浮。將接地屏至小套管之間連線套上足夠長的絕緣管，同時，將外部接地帽改為接地片直接接地后運(yùn)行良好。高壓套管型號為BRLW－220/630－3，末屏小套管接地為頂桿式彈簧結(jié)構(gòu)接地。在交接試驗時，使用5000V兆歐表進(jìn)行末屏小套管絕緣電阻測量中，發(fā)現(xiàn)兆歐表指針不穩(wěn)定。進(jìn)行tanδ測量，當(dāng)電壓施加到5kV時，電容量與出廠值比擬變化不大，但tanδ值增長很大；當(dāng)電壓施加到10kV后，電橋屏幕上顯示放電故障，測量無法進(jìn)行。雷諾爾末屏接地通過末屏引出桿上的推拔銅套與套管內(nèi)部法蘭連接接地，接地是否良好主要是由推拔銅套上的彈簧彈力和推拔銅套與法蘭接觸面的緊密程度決定。當(dāng)運(yùn)行需要接地時，在彈簧的作用下，接地帽與法蘭接觸到達(dá)接地目的；當(dāng)測量需要翻開接地時，把銷釘插入固定銷孔內(nèi)，那么接地帽就會離開一定距離。當(dāng)采用細(xì)銷釘時，接地帽與中部法蘭間隙小，容易放電；當(dāng)采用粗銷釘時，接地帽與中間法蘭間隙就大，能夠滿足測量要求。接地銷釘大小對測試結(jié)果的影響。測量前，要根據(jù)銷孔大小選擇銷釘，當(dāng)發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)不正常時，要先檢查此位置是否按照要求插入銷釘。測量完畢拔出銷釘后，要用表計測量接地是否良好，以防止接地帽與中部法蘭間存在氧化膜或彈簧壓力不夠?qū)е履┢两拥夭涣?，造成運(yùn)行中放電。3.3色譜分析發(fā)現(xiàn)的故障〔1〕大連220kV變電所1號主變高壓C相套管和另一220kV變電所1號主變高壓B相套管，對套管油進(jìn)行定期色譜分析時發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w含量超標(biāo)。經(jīng)檢查為套管電容屏末屏接地不良。處理后運(yùn)行良好?！?〕1999年3月20日，某電廠1號主變高壓C相套管定期色譜分析中，發(fā)現(xiàn)套管內(nèi)部存在高能放電故障。經(jīng)解體檢查，故障為末屏地線引線，在小套管內(nèi)側(cè)處斷開，造成放電。1999年4月7日，該主變二次A相套管定期色譜分析中，發(fā)現(xiàn)乙炔1025μL/L、總烴9613μL/L，套管內(nèi)部存在高能放電故障。經(jīng)解體檢查為末屏接地線引線，在小套管內(nèi)側(cè)處脫落，造成放電，修復(fù)后運(yùn)行良好?！?〕某220kV變壓器的66kV側(cè)套管，油色譜分析，乙炔值到達(dá)5605μL/L，試驗時介質(zhì)損失測不出來，說明套管內(nèi)部存在嚴(yán)重的放電故障。經(jīng)解體檢查為末屏至接地套管的引線斷裂，導(dǎo)致嚴(yán)重放電現(xiàn)象。某主變高壓C相套管和另一1號主變高壓B相套管，通過對套管油進(jìn)行色譜分析發(fā)現(xiàn)乙炔和總烴含量嚴(yán)重超標(biāo)，檢查發(fā)現(xiàn)套管末屏接地不良所致?！?〕2006年，某66kV變電所2號主變一次側(cè)B相套管定期試驗時，發(fā)現(xiàn)乙炔含量為12．9μL/L，乙烯含量為174．8μL/L。檢查套管末屏發(fā)現(xiàn)，其末屏接地外罩上兩接地簧片彈力缺乏，導(dǎo)致末屏接地不良，發(fā)生放電，引起套管油質(zhì)劣化。第四章大型變壓器高壓套管爆炸事故原因分析及處理4.1事故發(fā)生過程1995年10月底，茂名熱電廠4號主變壓器方案檢修，對220kV出線套管進(jìn)行預(yù)試過程中，發(fā)現(xiàn)A相套管介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ到達(dá)1.3%，與歷年試驗數(shù)據(jù)相比增長速度過快。對A相套管進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)該套管漏油，于是對A相套管進(jìn)行換油及密封處理。在換油過程中，沒有對套管進(jìn)行真空注油處理，而且油沒有經(jīng)過脫氣處理。換油后對套管進(jìn)行介質(zhì)損耗因數(shù)測量，試驗數(shù)據(jù)如表3。表3A相套管換油前后介質(zhì)損耗因數(shù)順序絕緣電阻/mΩ介質(zhì)損耗因數(shù)/%R3/Ω電容量/pF換油前47001.3382.8415.9換油后55001.2383.4415.3同時對原套管油及新油進(jìn)行色譜分析和微水測試，數(shù)據(jù)如表4。根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析，套管的介質(zhì)損耗率偏大，接近于規(guī)程規(guī)定的上限1.5%(舊規(guī)程)，而且含氫量超標(biāo)，并含有C2H2，說明該套管可能有絕緣缺陷。換油后雖經(jīng)油色譜分析和微水測試合格，但套管介質(zhì)損耗率仍很大，已到達(dá)1.2%，投運(yùn)前沒有進(jìn)行局放試驗。該套管投運(yùn)5天后，發(fā)生爆炸并導(dǎo)致整臺變壓器燒毀。事故原因就是套管絕緣存在缺陷，發(fā)現(xiàn)時處理方法不當(dāng)，造成油中氣泡或油浸紙層中有氣隙，產(chǎn)生嚴(yán)重的局部放電引發(fā)整個絕緣結(jié)構(gòu)貫穿性擊穿。事故后查明，套管近中間法蘭處，絕緣層燒成一個小洞，末屏引線燒斷，產(chǎn)生的大量的氣體使套管過壓爆炸。表4A相套管色譜分析和微水測試數(shù)據(jù)類別H2CH4C2H6C2H4C2H2總烴COCO2微水舊油11368.718.413141.1974165318.1新油400000134712.74.2絕緣擊穿分析套管中的電容芯子是油浸紙絕緣結(jié)構(gòu)，油紙中有氣隙和油中氣泡，電場不均勻，都可能產(chǎn)生局部放電。但電場不均勻程度在制造中改善電場分布是可以防止局部放電的產(chǎn)生的，實際運(yùn)行中主要是由于氣隙、氣泡的場強(qiáng)到達(dá)起始放電場強(qiáng)時產(chǎn)生局部放電，長期的局部放電開展引起介質(zhì)劣化，絕緣擊穿。4.3絕緣油中氣泡產(chǎn)生的局部放電由于套管檢修后注油沒有采用真空注油和油沒有采取脫氣措施，油中帶有氣泡，而且油浸到油紙中，填充油紙中的氣隙擠壓出氣泡。套管運(yùn)行后，在交流電壓場強(qiáng)的作用下，氣泡與油形成串聯(lián)介質(zhì)。電場強(qiáng)度的分布與各介質(zhì)的相對介電常數(shù)有關(guān)。油的相對介電常數(shù)εro=2.2，而氣隙的相對介電常數(shù)εrg=1，電壓分配按電容分配，氣隙上的電壓為Ug=U［C′o/(Cg+C′o)］。由于Cg較小，故氣隙上的電壓較大，而場強(qiáng)是油的2.2倍，用式子表達(dá)為：Eg=2.2Eo(2)氣體的擊穿場強(qiáng)比油紙大得多，所以氣泡將首先產(chǎn)生局部放電，這又使氣泡溫度升高，氣泡體積膨脹，局部放電將進(jìn)一步加劇。而局部放電將油分解產(chǎn)生更多的氣體，一方面局部放電的電子電流加熱使油分解氣體，另一方面局部放電過程中電子的碰撞使油的分子解離出氣體。另外，油中的一些微小雜質(zhì)或水分的相對介電常數(shù)都很大，在電場的作用下，很容易沿電場方向極化定向，有利于與氣泡形成“小橋〞型的放電通道，使油介質(zhì)擊穿，就是液體介質(zhì)的“小橋放電理論〞。4.4油浸紙的氣隙產(chǎn)生局部放電油浸紙屬于組合絕緣的一種，當(dāng)電容或套管放油進(jìn)行密封處理后，沒有采取抽真空注油，油紙層與層之間及紙中必然存在氣隙，在交流電壓作用下，氣隙所承受的電壓大，分到氣隙的場強(qiáng)比紙層高，但氣隙的擊穿場強(qiáng)比紙層低得多，于是在氣隙那里產(chǎn)生局部放電。其結(jié)構(gòu)可近似于串聯(lián)介質(zhì)?！?3)δ為氣隙的厚度，d為油浸紙紙層的厚度，假設(shè)氣隙的電容量為C1，當(dāng)外放交流電壓U時，C1分到的電壓。式中εrg、εrs——?dú)庀逗陀图埥^緣的相對介電常數(shù)。由于氣隙的相對介電常數(shù)εrg=1，而油浸紙的相對介電常數(shù)εrs比εrg大幾倍，一般來說氣隙上分得的電壓U1比油浸紙高。當(dāng)局部放電的氣隙越大，即δ越大，電壓U1就越高。當(dāng)氣隙上的電壓U1到達(dá)其放電電壓時，氣隙先發(fā)生放電。由于沒有抽真空處理，油紙浸漬不良，當(dāng)氣隙很大，δ接近于一層紙的厚度d時，引起油浸紙的放電壓降低，起始放電場強(qiáng)很低。在長期工作電壓下，油浸紙氣隙很容易產(chǎn)生局部放電，放電后C1上的電壓U1急劇下降。同時C2通過C1被充電，當(dāng)U1降到低于起始電離電壓Umin時，放電火花熄滅，但由于外施電壓還在上升，C1上的電壓又被充至Umin，便又開始第二次放電。這樣，由于C1的充放電而使局部放電重復(fù)進(jìn)行，就在回路中產(chǎn)生脈沖電流。在交流電壓半周期內(nèi)發(fā)生的放電次數(shù)稱為放電發(fā)生的重復(fù)率，放電重復(fù)率越高，放電產(chǎn)生的熱量及對油浸紙絕緣損傷越大。對于油浸紙而言，紙的密度越大，相對介電常數(shù)εrs亦增大，使整個結(jié)構(gòu)的局部放電電壓降低，而且紙纖維的tanδ大，損耗大，重復(fù)局部放電的電流和火花使油分解，更使油浸紙燒傷炭化。4.5局部放電造成了事故當(dāng)油中的氣泡產(chǎn)生局部放電和油浸紙中氣隙產(chǎn)生的局部放電使絕緣劣化燒損時，整個絕緣嚴(yán)重破壞，降低電容芯的長期擊穿電壓。在正常的運(yùn)行電壓下，重復(fù)的局部放電導(dǎo)致整體絕緣被擊穿，擊穿相當(dāng)于對末屏電極放電，形成導(dǎo)電桿對地短路，短路電流大，燒穿整個絕緣層，形成一個小洞，而且燒斷接地線。短路時產(chǎn)生巨大熱量，令油迅速氣化，使瓷套內(nèi)壓力變得很大，當(dāng)承受不了壓力時，便產(chǎn)生爆炸，另外，局部放電，油的分解，溫度上升，也使瓷套內(nèi)的氣壓增大。在油浸紙電容芯子及油中的局部放電的熱、電、化學(xué)綜合作用下，最終導(dǎo)致套管爆炸，燒毀電力變壓器。4.6防止電容式套管絕緣事故發(fā)生的有效措施正確認(rèn)識油浸紙電容芯子的局部放電機(jī)理，防止局部放電的發(fā)生，才能真正杜絕事故的發(fā)生。防止局部放電，應(yīng)采用以下有效措施：正確選取套管絕緣的工作場強(qiáng)設(shè)計套管，保證長期工作電壓下不應(yīng)發(fā)生有害的局部放電；選用介電常數(shù)小，介質(zhì)損耗小的新型絕緣紙；選用介電常數(shù)較大的浸漬劑，降低浸漬劑或氣隙中的電場強(qiáng)度，提高浸漬劑的吸氣性能；采用硅油，提高局部放電熄滅場強(qiáng)；改善套管的密封性能，防止套管滲水漏油。同時，可以運(yùn)用在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，或采用紅外線熱像監(jiān)測。只有正確維護(hù)，確保套管的平安運(yùn)行，才能保證電力變壓器的平安性能，使電網(wǎng)正常運(yùn)行。第五章大型變壓器高壓套管爆炸分析及防范措施總結(jié)5.1對套管的故障進(jìn)行分析套管外表臟污吸收水分后，會使絕緣電阻降低，其后果是容易發(fā)生閃絡(luò)，造成跳閘。同時，閃絡(luò)也會損壞套管外表。臟污吸收水分后，導(dǎo)電性提高，不僅引起外表閃絡(luò)，還可能因泄漏電流增加，使絕緣套管發(fā)熱并造成瓷質(zhì)損壞，甚至擊穿；套管膠墊密封失效，油紙電容式套管頂部密封不良，可能導(dǎo)致進(jìn)水使絕緣擊穿，下部密封不良使套管滲油，導(dǎo)致油面下降。套管密封失效的原因主要有兩個方面：一是由于檢修人員經(jīng)驗缺乏，螺栓緊固力不夠；二是由于超周期運(yùn)行或是膠墊存在質(zhì)量問題、膠墊老化等；套管本身結(jié)構(gòu)不合理，且存在缺陷。比方，有的220kV主變套管，由于引線與引線頭焊接采用錫焊，220千伏A相套管導(dǎo)壓管為鋁管，導(dǎo)線頭為銅制，防雨相為鋁制，這種銅鋁連接造成接觸電阻增大，使連接處容易發(fā)熱燒結(jié),導(dǎo)致發(fā)生事故；套管局部滲漏油,絕緣油不合格,套管進(jìn)水造成輕度受潮；套管中部法蘭筒上接地小套管松動斷線；接地小套管故障，使套管束屏產(chǎn)生懸浮電位，發(fā)生局部放電；套管油標(biāo)管臟污，看不清油位，在每年預(yù)試取油樣后形成虧油。在套管大修中，抽真空不徹底，使屏間殘存空氣，運(yùn)行后在高電場作用下，發(fā)生局部放電，甚至導(dǎo)致絕緣層擊穿，造成事故。5.2根據(jù)故障分析制定處理措施針對套管油樣不合格、含乙炔氣等缺陷。采取的措施是：對套管要進(jìn)行嚴(yán)格檢驗，各種試驗合格前方可投入運(yùn)行，防止人為因素引起故障。針對套管密封不良，有進(jìn)水或滲漏油現(xiàn)象。采取的措施是：通過更換質(zhì)量好膠墊保持密封，擰緊緊固螺栓，使套管無滲漏。針對套管本身結(jié)構(gòu)不合理而引起頭部過熱等缺陷。具體措施可采用變銅鋁過渡為銀銅接觸，從而減小氧化作用。在拆、接、引過程中，要注意檢查各部位是否聯(lián)結(jié)良好，接觸面應(yīng)打磨后涂上導(dǎo)電膏，減小其接觸電阻。從而杜絕其過熱現(xiàn)象。5.3通過套管故障分析發(fā)現(xiàn)形成缺陷的途徑第一是套管本身設(shè)計存在薄弱環(huán)節(jié)；第二是人為因素，是安裝、檢修人員在作業(yè)中造成的。在分析套管常見故障主要原因后，我認(rèn)為套管在運(yùn)輸、安裝、檢修維護(hù)等方面應(yīng)注意以下問題:在起吊﹑臥放﹑運(yùn)輸過程中,套管起吊速度應(yīng)緩慢，防止碰撞其它物體；直立起吊安裝時，應(yīng)使用法蘭盤上的吊耳，并用麻繩綁扎套管上部，以防傾倒；注意不可起吊套管瓷裙，以防鋼絲繩與瓷套相碰損壞；豎起套管時，應(yīng)防止任何部位落地；套管臥放及運(yùn)輸時，應(yīng)放在專用的箱內(nèi)。安裝法蘭處應(yīng)有兩個支撐點(diǎn)，上端無瓷裙部位設(shè)支撐點(diǎn)，尾部也要設(shè)支撐點(diǎn)，并用軟物將支撐點(diǎn)墊好。套管在箱中應(yīng)固定，以免運(yùn)輸中竄動損傷。在套管大修的裝配中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn):防止受潮。裝配中除要有清潔枯燥的條件以外，最好能在40-50℃溫度下進(jìn)行組裝。因為電容芯子溫度高出環(huán)境溫度溫度10-15℃時能減少受潮的影響，所以最好在組裝前將套管的零部件和電容芯子加熱到70-80℃，保持3-4h，以便排除外表潮氣，盡可能在溫度尚未降低時裝配完。套管頂部的密封。套管頂部的密封可分為套管本身的密封和穿纜引線的密封。現(xiàn)在大多數(shù)變電站的主變壓器的儲油柜頂裝有彈性波紋板，它與壓緊彈簧共同對由溫度變化起調(diào)節(jié)作用。在組裝彈性波紋板時，導(dǎo)管上的正、反壓緊螺母之間的密封環(huán)與儲油柜上的密封墊一定要配合妥當(dāng)，防止波紋板拉裂，以到達(dá)密封的效果。套管引線是穿纜式結(jié)構(gòu)，如果頂部接線板、導(dǎo)電頭之間密封不嚴(yán)密，雨水會沿套管頂部接線板、導(dǎo)電頭及電纜線順導(dǎo)管滲入變壓器內(nèi)部。水分進(jìn)入變壓器引線根部，將會導(dǎo)致受潮擊穿，造成停電。為防止這種情況，必須用螺栓壓緊，保證密封。中部法蘭的小套管。電容屏的最外層屏蔽極板即接地電屏，用一根1.5mm2的軟絞線，套上塑料管引到接地小套管的導(dǎo)電桿上，此套管叫測量端子，裝配時要注意小套管的密封和引出軟線的絕緣。檢修時，應(yīng)將套管水平臥倒，末屏小套管朝上，卸開小套管即可檢查末屏引線等情況，還可以作相應(yīng)的修理。在套管運(yùn)行和作耐壓試驗時，其外部接地罩應(yīng)良好接地。均壓球調(diào)整應(yīng)適當(dāng)。均壓球在中心導(dǎo)管尾部，沿導(dǎo)管軸向可以上下擰動，以便能與主體引線裝配配合。均壓球必須擰緊，否那么會發(fā)生均壓球與套管間放電。均壓球除了遮擋住底部、螺母、放油塞等金屬件外，還要滿足電氣強(qiáng)度的要求，即調(diào)整均壓球的位置，可以縮小套管尾部到油箱壁的絕緣距離及繞組的爬電距離，改善輻向和軸向的電位分布。如調(diào)整不當(dāng)，球面會產(chǎn)生滑閃放電，造成介質(zhì)擊穿，對套管的電氣性能危害很大；油樣閥、放油塞的質(zhì)量要好，不得有銹跡；膠墊的質(zhì)量應(yīng)良好；真空注油時，應(yīng)首先建立真空，檢查套管各局部密封情況，然后保持殘壓在133.3Pa以下，按規(guī)定時間注油。注油后破壞真空時，套管油位稍有下降，假設(shè)有缺油現(xiàn)象需及時加油?？紤]到取油樣，應(yīng)略多注一些油。套管做試驗特別是測量介損時要注意其其放置的位置，因為套管的電容小，當(dāng)位置不同時，因高壓電極和測量電極對未完全接地的構(gòu)架、物體、墻壁和地面的雜散阻抗的影響，會對套管的實測結(jié)果有很大影響。不同的位置，這些影響又不相同，所以往往出現(xiàn)分散性很大的測量結(jié)果。因此，測量介損和其它試驗時，應(yīng)把套管垂直垂直放置在妥善接地的套管架地進(jìn)行，不要把套管水平放置或用絕緣索吊起來在任意角度進(jìn)行測量，以保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。檢修維護(hù)人員應(yīng)注意以下問題：試驗人員拆接末屏小套管引線時，應(yīng)防止導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動或擰斷接地引線，試驗后應(yīng)恢復(fù)原狀。根據(jù)我的工作經(jīng)驗，試驗結(jié)束后可用萬用表來測量末屏是否接地，這是檢查末屏接地撤除后是否已經(jīng)恢復(fù)的一種比擬可靠的方法；取油樣人員工作結(jié)后，應(yīng)擰緊采樣閥；拆接引線人員，上下套管時應(yīng)注意防止套管破損；檢修人員應(yīng)觀察套管油位并及時補(bǔ)油。另外，檢修維護(hù)人員應(yīng)熟悉套管的技術(shù)要求。首先要熟悉套管的技術(shù)性能，如套管出廠時的主要試驗工程有介損測量、局部放電測量、工頻耐壓試驗、密封性試驗、以及外觀和尺寸檢測等。其次要熟悉套管的使用條件，如套管安裝的周圍環(huán)境溫度為-40～+40℃，在變壓器上的安裝角度與其垂直軸線之間不超過30°等。檢修維護(hù)人員還應(yīng)當(dāng)做到：利用一切停電的時機(jī)認(rèn)真檢查套管，及時消缺，排除隱患；嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，所購檢修維護(hù)材料均經(jīng)有關(guān)方面驗收認(rèn)可；不斷提高自己的專業(yè)技術(shù)水平，確保檢修質(zhì)量。結(jié)束語套管的末屏接地不良是引起套管不正常運(yùn)行的多發(fā)故障，其后果也比擬嚴(yán)重。建議制造廠對其結(jié)構(gòu)加以改良，采用相對固定連接方式的末屏結(jié)構(gòu)。即使在現(xiàn)場試驗進(jìn)行拆、接操作，也能保證套管末屏經(jīng)常處于良好、可靠的接地狀態(tài)。加強(qiáng)對新套管的出廠檢測和對運(yùn)行套管的預(yù)防性試驗工作。對新投入運(yùn)行的套管除進(jìn)行主絕緣tanδ測量外，最好還進(jìn)行小套管的tanδ測量，這樣可為判斷小套管絕緣狀況提供依據(jù)。在對套管進(jìn)行移裝再利用時，應(yīng)根據(jù)存放時間和搬運(yùn)情況，確定必要的試驗工程，確保其的完好性。鑒于套管末屏對平安運(yùn)行的重要性，建議套管生產(chǎn)廠家在《安裝使用說明書》中將與運(yùn)行關(guān)系密切的套管末屏結(jié)構(gòu)圖及套管頭部結(jié)構(gòu)圖等列出，并詳細(xì)說明運(yùn)行和維護(hù)的要求，以便使用部門掌握。運(yùn)行部門在安裝變壓器在線監(jiān)測裝置需要改變套管末屏結(jié)構(gòu)時，必須對其結(jié)構(gòu)了解清楚，在征得制造廠同意后，方可實施，防止因末屏接地結(jié)構(gòu)的改變影響變壓器正常運(yùn)行。除制造廠有明確規(guī)定外，對220kV以及上套管按《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》要求進(jìn)行油色譜分析，取樣時應(yīng)將取樣日期、次數(shù)、部位及油