[精品]淺談變壓器套管改動A

1、淺談變壓器套管的技術(shù)改進(jìn)和正確使用南京智達(dá)電氣有限公司虞育號210028摘要：本文簡述了變壓器套管在變壓器中的重要性，介紹了近幾年套管的技術(shù)改 進(jìn)成果，并就如何正確使用提出了一些建議。關(guān)鍵詞：變壓器套管、局部放電、介質(zhì)損耗、絕緣監(jiān)督、冃刊變壓器套管在變壓器屮運行條件最苛 刻，受到電壓、電流、拉力、震動、風(fēng)力、 大氣污穢等多方面的綜合影響，一旦產(chǎn)生故 障，極易導(dǎo)致變壓器燃燒，造成事故擴人， 損失嚴(yán)重。因此，套管是變壓器中最受關(guān)注 的配件。據(jù)不完全統(tǒng)計，在2004年前，我國 500kv套管就發(fā)生過事故23臺次，其中， 國產(chǎn)套管8臺次，進(jìn)口套管15臺次，占同 期變壓器電抗器事故的36%, 23次事故

2、中 有10次是爆炸或絕緣損壞的嚴(yán)重事故。變壓器套管主要分三人類：純瓷套管、 汕紙電容式套管和環(huán)氧浸漬的干式套管。純 瓷套管一般僅適用于40.5rv及以下的電壓 等級，對于63kv及以上電壓等級的產(chǎn)品只 能釆川帶有電容屏結(jié)構(gòu)的套管。壞氧浸漬的 電容式t式套管貝有使用方便、運行檢測工 作量小、不會爆炸的特點；但油紙電容式套 管具啟成木低、運行經(jīng)驗豐富、環(huán)保等優(yōu)勢, 在市場上仍具有絕対的優(yōu)勢。在-些特殊的 場合，干式套管也許會比較適合，例汕對汕、 汕對氣及sf6氣體變壓器等。變壓器套管在中國的起步較遲，1958 年南京電瓷廠研制出了國內(nèi)第一根汕紙電 容式套管，在后來的30多年中也發(fā)展緩慢。 8()年

3、代前，套管出廠時僅做介損、電容量測 量和工頻耐壓試驗,8()年代開始測暈局部放 電,90年代開始有油性能分析。在2000年 前，盡管工藝上引進(jìn)了一些asea的技術(shù)， 但結(jié)構(gòu)及外形基木上沒冇改變過，都是寶塔 型瓷套，鋼板焊接的法蘭和汕枕。實際上，對于油紙?zhí)坠?，無論是國產(chǎn) 的還是進(jìn)口的，設(shè)計原理都是一樣的，結(jié)構(gòu) 也大同小界，相對來說，傳統(tǒng)國產(chǎn)套管尺寸 略大，絕緣裕度也大，加上電力運行部門冇 效的絕緣監(jiān)督，國產(chǎn)套管發(fā)生惡性事故的比 例反而更少。與進(jìn)口產(chǎn)品相比，差距在于制 造生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的裝備和工藝，反映在產(chǎn) 殆上是外觀差、笨重、滲汕、頭部進(jìn)水，生 產(chǎn)過程屮局部放電和介質(zhì)損耗性能不穩(wěn)定， 工頻耐壓后

4、油中含氣量不合格等。近幾年，隨著我國電力建設(shè)的高速發(fā) 展、金業(yè)體制的改變，變壓器套管在引進(jìn)、 消化、吸收的基礎(chǔ)上，有許多的創(chuàng)新，有些 技術(shù)和水平其至已達(dá)國際領(lǐng)先水平。下面介 紹了一些套管的技術(shù)改進(jìn)，并就套管如何選 用、檢測和運行絕緣監(jiān)轉(zhuǎn)提出了一些建議。二、純瓷套管對于40.5kv及以下的變壓器套管，行 業(yè)上一般都采用純瓷結(jié)構(gòu)(500kv變壓器上 的大電流套管除外)。1、常規(guī)設(shè)計以往常規(guī)設(shè)計的純瓷套管，瓷套與變壓器的 固定釆用壓塊方式(俗稱壓爪式)，套管頭 部的密封通過導(dǎo)電桿下端固定，上端緊固螺 母的方法，如圖1。該結(jié)構(gòu)存在如下問題： a壓塊系點接觸，受力過大易損壞瓷件，密 封效果差，抗彎強度低

5、。b壓塊處場強較集中，局放性能不好。c.由于導(dǎo)電銅桿為瓷套的膨脹系數(shù)不同，在 高溫下運行時導(dǎo)電桿伸長，頭部密封件壓力 不足，易導(dǎo)致頭部漏汕。圖12、新型設(shè)計2.1法蘭式無局放純瓷套管如圖2,該套管具有以下的特點：a. 采用鋁合金法蘭，通過水泥膠合劑與瓷套膠 合在一起，受力均勻，抗彎強度可以達(dá)到 4000kn以上，也適宜于水平安裝，密封可靠、 操作方便。b. 導(dǎo)電桿的限位卡塊由授下端移金上端口，熱 脹冷縮時對密封有影響的導(dǎo)電桿部分長由原 來的7()l()()cm減至4cm左右,新型的放汕塞 結(jié)構(gòu)、雙道密封結(jié)構(gòu)保證了頭部冇可靠的密封 性。c. 在授下一傘的根部至法蘭冇一層半導(dǎo)體釉， 組成了接地電極

6、,與高壓電級導(dǎo)電桿之間形成 -個稍不均勻電場，對于35kv的套管，能保 證在4o.5kv下pd<5pco半導(dǎo)體部分不影響 高壓下的絕緣性能仍然可以作為爬電距離計 算。d. 主絕緣為油隙和瓷壁雙重絕緣，不含其它絕 緣材料，無受潮z虞。英絕緣強度大于瓷套沿 面絕緣強度，不會擊穿。2.2免開手孔型法蘭式無局放純瓷套管通常，為了將純瓷套管安裝在變壓器上, 需要在側(cè)面開一個安裝手孔。如圖3。免開手孔型套管，是將導(dǎo)電桿分成上下兩 部分。下部分為油中接線端子，該部分先少變 壓器繞組引線連接，并留在變壓器內(nèi)。如圖4o 現(xiàn)場安裝時，通過4個或4個以上的螺栓將上 部分導(dǎo)電桿同下部分油中接線端子緊固在一 起。

7、上部分接線板上的螺孔冇防脫落設(shè)計，可 防止螺栓滑入變壓器內(nèi)。如圖5。采用新型套 錚能使變壓器結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、減少滲漏 點。3.3低壓大電流法蘭式無局放純瓷變壓器套 管500rv人型變壓器上用的人電流套管，電 流等級一般為16000a31500a,為了降低局 放，以往都采用油紙電容或環(huán)氧浸漬電容式,圖2與一冷 ±6由于絕緣層的存在，大電流的發(fā)熱只能通過 兩頭散發(fā)，因而體積大、溫升高。由于此類 套管大都用于封閉母線中，套管無法裝油 表，油位不易控制，油紙?zhí)坠芙?jīng)常出現(xiàn)內(nèi)部 壓力過高導(dǎo)致漏汕其至瓷套漲裂的悄況。另 外，電容套管盂定期進(jìn)行絕緣檢測。新開發(fā)成功的大電流法蘭式套管，不使圖5用絕

8、緣層，仍能保證局部放電量在ur電壓 下10pco如圖6,該套管具有如下特點：a. 無電容屏，導(dǎo)體表血無絕緣層，散熱好, 溫升低。b. 汕隙和瓷壁纟r成雙重絕緣，一其絕緣強度遠(yuǎn) 高于外絕緣。因此，即使過電壓下反復(fù)閃絡(luò) 主絕緣也不會損壞。c.主絕緣為不可擊穿型，因此不需要運行監(jiān)督，安裝、使用都很方便。圖6三、油紙電容式套管1. 主要電氣性能近兒年來，隨著材料、裝備性能的提高， 工藝的改進(jìn)，油紙?zhí)坠艿碾姎庑阅苤笜?biāo)冇了 很人的提高。選用合適的電纜紙，采用先進(jìn) 的程控紙盤t燥技術(shù)、程控變壓t燥法電容 芯子干燥技術(shù)、真空壓力浸油技術(shù)，套管的 主要性能介質(zhì)損耗和局部放電水平完全可 以達(dá)到國際先進(jìn)水平。電容芯

9、子的卷制是套管生產(chǎn)過程的關(guān) 鍵，芯子分寬電纜紙整卷和窄條電纜紙半迭 卷繞兩種方式，各有優(yōu)缺點。整卷效率高、 均勻，但窄條電纜紙可以預(yù)先真空干燥，卷 制更緊密，縮短了芯子干燥工藝時間，t燥 更徹底，可以獲得更高的電氣強度。另外，套 管一般是立式運行的，卷制緊密的套管可以 防止在長期抖動的狀態(tài)卜芯子卜-垂，避免電 容極板錯位。對于工藝處理良好的油紙?zhí)坠埽粌H能 在ur下達(dá)到無局放(<2pc),即使升高電壓 接近至工頻耐受電壓(例110kv產(chǎn)品，ur為 126v,耐壓值為23okv,產(chǎn)品的局放值也不 會有明顯的增加。而對于工藝處理欠佳存在 絕緣氣泡放電的產(chǎn)品，在ur下即使勉強達(dá) 到10pc以下

10、，隨著電壓的升高，局放會急 劇升高。因此提高電壓觀測局放是很有必 要的。產(chǎn)品介質(zhì)損耗是反映套管性能的另一 個主要指標(biāo)，介損大則t燥不徹底，同時， 介損大的產(chǎn)品局放性能也受影響，但也不是 越小越好。如果小于0.2%甚至負(fù)值往往是 ftl于測試存在問題或下瓷套受潮引起的。 建議產(chǎn)甜性能控制值：介質(zhì)損耗：tan 8 w0.4%局部放電水平：ur下pdw5pc1.5ur 下 pdw10pc2. 頭部密封套管頭部進(jìn)水是導(dǎo)致變壓器和套管出 現(xiàn)事故的主要原因z。近兒年研究改進(jìn)的 雙道靜止密封結(jié)已經(jīng)可以徹底解決進(jìn)水的 問題。3. 油位計套管的汕位指示采用球型玻璃汕表應(yīng) 該是一種較好的方法，相比平板玻璃汕表它

11、既有良好機械強度，不易開裂，又使油位線 更清晰。指針式汕表看起來比較先進(jìn)，但其工作 原理決定了它極易工作失靈，估計運行中的 套竹很大一部分顯示的是假油位。據(jù)我們了 解，即使在l1木，他們也不信任指針汕表， 仍習(xí)慣用玻璃油農(nóng)。指針油表的工作原理如 圖7。以下幾個問題中出現(xiàn)任一項指針就會 失靈。a. 浮球滲漏。b. 永久磁鐵磁性下降。c. 鐵的油位指針逐步帶磁性。d. 指針轉(zhuǎn)動不靈。4. 主要零部件的外觀以往汕枕、法蘭普遍采用鋼板焊接，夕卜圖7觀差，易生銹及產(chǎn)生漏流損耗。現(xiàn)在國內(nèi)已 基本上改用鑄鋁合金件。由于法蘭和汕枕上 有油塞、測量端子、吊環(huán)、汕表、抽真空接 口等部件，外表面無法回旋加工，外觀仍

12、顯 得粗糙，新的設(shè)計巧妙地解決了上述問題。 油枕、法蘭經(jīng)熱處理后全部進(jìn)行機加工，夕卜 形美觀。加工后另一優(yōu)點是可以將鑄造件的 鑄造缺陷完全暴露，防止有沙眼的產(chǎn)品出 廠。圖8、9部分結(jié)構(gòu)圖，圖10、11是產(chǎn)品 組裝后的實物效果圖。圖9圖10圖115. 測量端子未屏測量端子受潮導(dǎo)致未屏介損超標(biāo)， 也是一個常見的問題。利用氧化鋁陶瓷做測 量端了可以有效解決受潮的問題。精心設(shè)計 的測量端子能將未屏可靠方便地接地，乂可 保證密封。四、套管的選用、驗收和運用中絕緣 監(jiān)測1. 選川合適的汕屮絕緣長度，盡量不用超 短尾套管，尤其是電容式套管。2. 規(guī)范低壓純瓷套管的使用，建立相應(yīng)的 驗收規(guī)范。低壓純瓷套管的重

13、要性往往被忽視，使 用是否方便，而對它的局部放電，運行時的 發(fā)熱都關(guān)心不多。一般我們只會關(guān)心它的密 封性、成木，使用是否方便，而對它的局部 放電、運行時的發(fā)熱關(guān)心不多。低壓套管的生產(chǎn)不需要什么設(shè)備，零部 件都可以外協(xié)，因此家庭作坊也可以牛產(chǎn)， 市場準(zhǔn)入產(chǎn)品驗收也沒有強制性標(biāo)準(zhǔn)或規(guī) 范。一-般來說，低壓套管的額定電流都比較 大，最常用的是63010000a,用銅量大， 硬成木高，因此各個廠家的產(chǎn)品成木差異很 大，以細(xì)代粗以黃銅代紫銅是最直接的降本 手段。例35kv/4000a套管,按照電流密度應(yīng)選用 巾60紫銅棒,但若選用巾40紫銅棒或4）60 黃銅棒，變壓器廠和最終用八一般也不會提 出異議。但

14、牛產(chǎn)成本存在很大差異，具體差 異如下（僅導(dǎo)電桿一項）:用e 40紫銅棒，銅減少13. 6kg,按65元/ kg 計成本下降884元;用（1）60黃銅棒，因此重 減輕和價格下降，成本下降400元。其帶來 的后果是：a. 套管發(fā)熱人，銅損高，用戶長期多付電費。b. 局部溫升高，變壓器提前老化，縮短壽命。為此，建議應(yīng)對低壓套管的生產(chǎn)和驗收 進(jìn)行規(guī)范'。a. 套管主產(chǎn)廠家必須捉供各種規(guī)格的型式 試驗報告，主要是抗彎試驗和溫升試驗。b. 在技術(shù)條件中明確所選用導(dǎo)電桿的材質(zhì) 和規(guī)格。c. 對套管制造廠的生產(chǎn)能力和質(zhì)量保證體 系進(jìn)行確認(rèn)，變壓器廠在套管入廠驗收時， 應(yīng)檢杳導(dǎo)電桿的規(guī)格和材質(zhì)（黃銅還長

15、紫 銅）。3. 運行檢測的項冃和對以判斷的故障套管運行部門通過投運前和投運后絕 緣監(jiān)測的數(shù)據(jù)，可以分析判斷套管的運行狀 況，如有異常情況可以及吋退出運行。通常 采用的方法如下：序 號項 n可以判斷的故障1色譜分析內(nèi)部存在放電或局部過 執(zhí)八、2微水含量內(nèi)部可能受潮390°c變壓器 油介質(zhì)損耗套管內(nèi)汕雜質(zhì)多或老化4主絕緣介質(zhì) 損耗和電容 最套管內(nèi)受潮或測量引線 斷，是否冇局部電容擊穿5紅外成像技 術(shù)測溫導(dǎo)電頭接觸不良6在線檢測電 容電流電容屏擊穿另外，對于電力設(shè)備交接及預(yù)防性試 驗規(guī)程上有這樣的対電容套管末屏描述: “當(dāng)電容套管末屏對地絕緣電阻小于1000m q時，應(yīng)測量末屏對地tan

16、5 ,其值不人于 2%”。這項條款制定的目的是預(yù)防受潮套管 被投入運行。而部分用戶直接將末屏介質(zhì)損 耗因數(shù)值作為套管的診斷依據(jù)，我們認(rèn)為是 不合適的。根據(jù)我們的經(jīng)驗，應(yīng)盡量避免這 樣做。這是因為：a. 根據(jù)1ec60137和gb/t4109,規(guī)定該介質(zhì) 損耗因數(shù)小于5%ob. 在套管運行時外殼接地，外層與安裝法蘭 之間的絕緣不易遭受電場因而不引起任何 介質(zhì)發(fā)熱損失。c. 套管安裝的周圍環(huán)境（如污穢和高濕地 區(qū)）和位置對測量末屏對地tan 6影響也很 大。綜上所述，判斷套管是否受潮，應(yīng)綜合 來判斷，不應(yīng)將測量末屏對地tan §作為其 主要判斷依據(jù)。4. 為了保證汕紙?zhí)坠艿陌踩\行，投運后的 油樣分析很重要。油紙電容式套管不同于 其它的油浸設(shè)備，有以下特點：&套管頭部有空氣腔，當(dāng)產(chǎn)品水平擺放或者 在運輸或起吊過程中出現(xiàn)尾部高于頭部時， 該部分空氣就有可能進(jìn)入尾部的主絕緣內(nèi)， 造成主絕緣氣泡放電。b.絕緣芯子外部沒冇固定扌舌施，如果在起吊 安裝吋受到猛烈沖擊，有可能使絕緣層位 移，電容極板受損。c.如果油位線以上密封件損壞，例真空注油 口塞封不良，它不會造成漏汕，因此無法