浙江电网在运变压器套管末屏接地结构分析

邹国平，何文林，孙 翔

（浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

0 引言

套管是电力变压器的重要组成部分，主要承担变压器内部出线的对地绝缘、支撑及载流功能，必须具备足够的电气和机械强度，能在运行中承受长期负载电流和短路时的瞬时过热，并具有良好的热稳定性。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和供电可靠性[1]，开展电力变压器套管带电检测技术研究具有重要的工程应用价值。输变电设备状态量优化分析研究结果表明，实施套管介损与电容量带电检测可将变压器非停电检修策略的盲检率从目前的4.9%降低至3%[2]。

电容型套管具有电场分布均匀、耐受电压高的优点，在110 kV及以上电力系统中得到广泛应用。电容型套管的结构如图1所示，由接地端子、储油柜、上瓷套、下瓷套、电容屏、导电杆、绝缘油、法兰和均压球等组成。套管末屏就是最外面一层的电容屏，接地端子是在最外层铝箔上卷入一层铜带后通过绝缘小套管引出的结构，主要用来接地及测量套管的介质损耗因数和电容量[3]。

图1 电容型套管的结构示意

目前，对电容型套管的停电检测与带电检测技术无论是理论研究还是工程应用都已比较成熟，主要是应用电桥法、相位差法与数字测量法[4]来测量介损值与电容量。套管实现带电检测的最大难点在于套管末屏信号的取样。出于安全考虑，现有变压器套管在正常运行时其末屏基本上是通过接地帽在内部接地，带电检测时无法引出末屏测试信号。而国内套管生产厂家众多，不同生产厂家、不同型号的套管采用不同的末屏接地方式，因此研究不同套管的末屏接地方式，并制造相应的末屏适配器是套管带电检测中要解决的关键问题。

1 浙江电网变压器套管运行情况分析

据统计，浙江电网共有110 kV及以上电压等级变压器电容型套管11 597支，其中生产厂家信息明确的共有9 498支，占在运电容型套管总数的81.9%。纯瓷套管没有末屏，不能安装套管带电检测传感器，因而未进行统计。

根据统计，变压器套管的主要生产厂家有传奇电气、上海MWB、南京智达、南京南瓷、ABB、西安西瓷、NGK电瓷等，产品占比见图2。

图2 电容型套管的厂家分布

2 套管末屏接地结构分析

2.1 传奇/MWB套管末屏接地结构

传奇套管主要有3种末屏结构，分别是普通抽头结构、K抽头结构和插销式接地结构。MWB套管则均采用普通抽头结构。传奇与MWB采用的普通抽头结构如图3所示。

传奇套管的K抽头结构如图4所示，其末屏接地引出线穿过小瓷套并通过引线柱引出。引线柱外设有金属接地帽，通过顶针使末屏引线柱和接地帽紧密连接，利用顶针内的弹性结构保证可靠接地。K抽头结构与普通抽头结构的主要区别在于：K抽头结构在引线柱的末端设有接线螺帽，便于停电试验接线。

图3 传奇/MWB普通抽头结构

图4 传奇K抽头结构

插销式接地结构如图5所示，末屏利用引线柱上的推拔铜套与接地端子内部法兰连接接地。当正常运行需要接地时，在弹簧的作用下，接地帽与法兰接触达到接地目的；当测量需要打开接地时，将销钉插入固定销孔内，接地帽就会与法兰保持一定距离，以保证末屏对地绝缘[5]。

2.2 南京智达套管末屏接地结构

南京智达套管的末屏接地方式与传奇/MWB普通抽头末屏类似，都是通过金属接地帽接地，但其弹性结构设置在接地帽中，引线柱通过接地帽的拧紧接触实现末屏有效接地。南京智达套管末屏结构如图6所示。

2.3 南瓷套管末屏接地结构

南瓷套管有新、旧2种末屏接地结构，都是通过弹性接地帽接地，主要区别在于绝缘材料与引线柱的粗细不同。图7所示的是2008年之前采用的末屏接地结构，引线柱直径为8 mm，带螺纹，绝缘材料采用黑胶木。图8所示的是2008年之后采用的末屏接地结构，引线柱直径为6 mm，带螺纹，绝缘材料是三氧化二铝陶瓷，稳定性更好，可以裸露在空气中。

图5 传奇插销式接地结构

图6 南京智达接地结构

2.4 ABB套管末屏接地结构

图7 南瓷普通绝缘接地结构（1）

图8 南瓷陶瓷绝缘接地结构（2）

图9 ABB TOB/TOM套管末屏接地结构

图10 ABB GOE套管末屏接地结构

ABB套管的末屏结构共有3种，如图9—11所示。图9为合肥产TOB与TOM型套管及瑞典产GOB与GOM型套管的末屏接地结构，在多种电压等级中都有应用。图10为瑞典产GOE型套管的末屏结构，主要应用于500 kV电压等级套管。图11为RTKF/RTKK型套管末屏结构，正常运行时引线柱与套管末屏外壳间通过弹簧片连接起到接地的作用，如图11（a）所示。试验时利用专用工具断开引线柱与套管末屏外壳的连接，如图11（b）所示。该套管曾在省内110 kV电压等级中广泛应用，但自2004年后，在运套管已基本更换为TOB与TOM型套管。

图11 ABB RTKF/RTKK型套管末屏接地结构

2.5 西瓷套管末屏接地结构

西瓷套管末屏接地结构共有3种，图12是使用最广泛的插拔式结构，西瓷套管有超过90%使用该结构。图13和图14是2种弹性接地帽结构，主要区别在于短接地帽结构需用螺拴紧固，而长接地帽结构用自带的接地螺帽紧固即可。

图12 西瓷套管末屏插拔式接地结构

2.6 NGK套管末屏接地结构

NGK 套管的末屏接地结构与其它套管明显不同，是利用弹片接触的方式实现接地，因此对弹片的材料与工艺要求较高。NGK弹簧接触板由铍铜材料制成，通过夹紧末屏引线柱实现接地，其末屏结构如图15所示。

图13 西瓷套管末屏短接地帽接地结构

图14 西瓷套管末屏长接地帽接地结构

图15 NGK套管末屏结构

2.7 其他套管的末屏接地结构

天威瑞恒玻璃钢电容式变压器套管采用以玻璃钢复合材料作内绝缘、硅橡胶复合材料作外绝缘的干式套管，其末屏接地结构如图16所示。该套管的接地是通过引线柱上的圆形金属盖实现的，运行时圆形金属盖穿过引线柱，通过拧紧导电杆上的螺帽实现有效接地；停电试验时，则拧开螺帽取下金属盖，实现末屏对地绝缘。

图16 天威瑞恒套管末屏接地结构

泛美雷特套管电容芯子采用玻璃纤维浸渍环氧树脂构成绝缘层，并与半导体材料制成的电容屏一起高温固化，伞裙由硅橡胶材料制成。泛美雷特套管末屏接地结构如图17所示，其末屏接地帽上有与接口相适应的顶针，正常运行时插上接地帽并旋紧螺纹实现有效接地，停电试验时取下接地帽即实现末屏对地绝缘。

图17 泛美雷特套管末屏接地结构

3 末屏信号引出方式

从末屏信号引出的角度来看，以上15种末屏接地结构可以分为3类，分别是插拔式、螺纹式和特殊式。

插拔式结构是指末屏引线柱为光滑导杆，主要包括传奇/MWB普通抽头结构、ABB TOB/TOM结构与GOE结构、西瓷的3种结构（西瓷短接地帽结构引线柱末端无螺纹）和NGK结构，通过弹性结构抱紧光滑导杆实现信号有效引出。

螺纹式是指末屏引线柱为螺纹导杆结构，主要包括传奇K抽头结构、南京智达结构、南瓷普通绝缘与瓷绝缘结构和天威瑞恒结构，此类结构须通过螺纹连接导杆实现信号引出。

特殊式是指结构较为特殊，既不是光滑导杆也不是螺纹导杆，主要包括传奇的插销式结构、ABB的RTKF/RTKK结构和泛美雷特结构，此类结构为针对每种结构单独设计信号引出方式。

4 结语

变压器套管是变压器的重要组成部分，其健康状况将直接影响变压器的稳定性和供电可靠性，因此开展套管带电检测技术具有重要的工程应用价值。

统计表明：浙江电网在运的变压器套管生产厂家主要是传奇电气、上海MWB、南京智达、南京南瓷、ABB、西安西瓷、NGK电瓷，市场占有率依次从高到低排列。这7个厂家及天威瑞恒、泛美雷特共9个套管生产厂家的产品有15种不同的末屏接地结构，在开展套管末屏带电检测接口开发与套管在线监测/带电检测技术研究中，要考虑适应不同的末屏结构和接地方式。

[1]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国科学技术出版社，2001.

[2]孙翔，何文林，胡文堂，等.变压器状态量的优化分析[J].浙江电力，2012（1）：6-9.

[3]司马文霞，兰海涛，杜林，等.套管末屏电压传感器响应特性研究[J].中国电机工程学报，2006，26（21）：172-176.

[4]王昌长，李福祺，高胜友.电力设备的在线监测与故障诊断[M].北京：清华大学出版社，2006.

[5]陈润晶，王世阁.油浸电容式套管末屏故障分析及处理[J].变压器，2009，46（3）：172-176.