利用红外测温技术诊断500 k V主变高压套管漏油缺陷

刘希峰，冯新岩，林 峰

（山东电力集团公司检修公司，山东 济南 250021）

0 引言

在电力系统运行中，许多设备存在着各种各样的缺陷，它们或多或少都会通过不同的发热量，或者改变热分布场等特征表现出来。因此，红外热成像技术在电力系统得到了广泛应用，依靠其直观、精度高、不停电对设备无影响、远距离非接触测量、安全等优势，迅速发展成为电力系统最重要的一项检测技术。

1 红外诊断套管漏油的理论分析

变压器油纸电容型套管漏油缺陷是严重影响变压器安全运行的一项严重缺陷。套管缺油后，会使顶部部分电容屏露出油面。由于空气击穿电压远低于绝缘油，露出油面的电容屏时间一长很容易击穿。而未击穿的电容屏由于场强增大，超过其设计值，也会逐渐击穿，最终导致套管内部整体击穿，甚至引起爆炸造成事故。因此，对于电容型套管，一旦发现漏油，应立即处理。

运行中变压器套管较难发现的漏油现象是通过套管底部法兰渗漏到变压器本体中，这类缺陷通常靠现场目测检查油位计是否正常来发现。但因套管油位计安装位置较高，观测不清晰，且有时会出现假油位现象，单靠观测油位计并不可靠。应用红外成像诊断漏油缺陷，准确率可达100%。

当套管漏油导致油位明显降低时，因油与空气分界面上下介质的热物性参数不同（变压器油导热系数为0.1186，空气导热系数为0.027，彼此相差4倍，且热容量和吸热性能也不相同），必然在油面处形成一个较大的温度梯度，从而使得缺油或存在假油位的套管在实际油面处形成一个有明显温度突变的清晰热像特征（图1）。一般情况下，缺油部位在热像上显示低温区。但当漏油较严重，时间较长时，露出油面的电容屏产生放电，使得在漏油的低温区可能出现一个因放电形成的局部发热图像［1］。因此通过红外热场分布及热像特征，可准确判断套管是否存在缺油现象。

需要注意的是，500 kV及以上油纸电容型套管，外绝缘瓷套多数采用2～3节瓷套粘合做成。有些厂家生产的套管可能因上下节瓷套所用材质不一样，导致红外观测到的套管图像中某个粘合部位也出现一个较明显的温度分界点，造成套管缺油的红外热像假象（图2）。因此，在判断缺油时，还应观察套管顶部储油柜的温度，缺油的套管储油柜温度要比正常套管温度低。

图1 B相高压套管热相图

图2 下部瓷套材质不同的套管热相图

2 变压器套管漏油诊断分析

2.1 缺陷发现过程

2012年6月11日，工作人员在进行某变电设备红外测温时发现2号主变B相高压套管图谱异常，套管油位计显示低油（图3），外部未见渗漏痕迹。

图3 B相高压套管油位指示

6月16日晚，再次对该套管进行复测，测温图片如图4。

虽然B相高压套管油位计指示未到底部，但从测温图片上显示，B相高压套管上温度分界线已接近外瓷套高度的一半，并不处于瓷套粘和部位（该瓷套由三节高度相等瓷套粘合而成），且其与其它正常套管相比，储油柜温度明显偏低，综合判断该套管严重漏油。

图4 B相高压套管复测热相

图5 A相高压套管热相图（正常参考）

为了保证安全，立即将该变压器停电并进行了检查及电气试验 ，试验结果如表1。

表1 停电电气试验结果

单从电气试验结果来看，电容量变化率及主绝缘介损值均满足规程要求。电容型套管在一般缺油情况下，电容量会有较小的减小，但是漏油严重也会导致部分电容放电击穿，又使得电容量增大，同时测试时由于放电等原因也会造成介损增长。此次测试电容量与前次相比有1.5%左右的增长，介损也增大了17%左右。因此电容量及介损测试虽符合规程要求，但不能排除套管存在漏油缺陷的可能。为了进一步验证测温结果的准确性，在套管顶部注油孔处对油位进行了实际检查，发现实际油位已经降到套管外瓷套高度的一半左右，与红外测温结果一致，证实了测温结果的准确可靠。

由于该套管法兰处无取样口，顶部油位下降太多，未能取套管油样进行色谱分析。

6月20日，对该套管进行了更换。拆下的旧套管发现底部铝合金压环处有五处裂纹环绕分布（图6）。由于套管油位高于变压器油枕油位，套管内部油正是通过这五处裂纹渗漏到变压器内部。

图6 旧套管底部压环损坏情况

2.2 缺陷分析及预防措施

该套管为拉杆式结构，由穿在套管导电杆中间的一根拉杆将连接在引线上的活动螺帽与套管底部铜螺母紧密压在一起构成套管与引线的连接。与常规螺栓连接引线的结构相比，该结构安装、更换非常方便，仅需放掉很小一部分油。但该套管底部使用的铝合金压环为一大隐患，同型号套管压环损坏现象在之前已经出现过两次，经过厂家调查分析，发现铝合金压环铅含量相当高（200～300 ppm），这些高含量的铅导致铝合金出现固体金属脆化现象，产生的裂纹是在静态载荷的作用下慢慢发生的。上述漏油套管下部压环上均匀分部的5个裂纹也验证了套管底部并非受力不均造成损坏。目前，该套管厂家生产的高压套管已经采用了新方案，去掉了铝合金压环（图 7）。

图7 新套管底部结构

一般情况下套管底部出现渗漏现象后，由于套管为全密封结构，依靠套管顶部较好的密封，套管中油位下降会很缓慢；但随着年限的增加以及密封圈的老化，顶部密封逐渐变坏，从而导致油位的快速下降。

该套管漏油现象严重，已经严重威胁到变压器的安全运行。由于本次测温准确、及时，处理果断，避免了事故的发生，保证了电网的安全稳定运行。同时，公司已采取措施，对采用此结构的变压器套管进行排查，加强对套管油位情况检测，以便再次出现此问题时及时处理。

3 结语

不能简单的单纯通过油位计及外部有无渗漏现象来判断设备是否缺油。在此案例中，套管漏油严重的情况下，油位计也仅仅刚进入红色区域，易造成假象。应该充分利用红外测温，检测油位实际情况。

作为红外测温诊断技术人员在发现小温差的设备发热的情况时，要认真分析，判断其内部故障的可能性。对设备的发热情况要结合测温时的实际环境和设备的实际运行方式进行综合分析。

常规电气试验对油纸电容型套管缺油的缺陷灵敏度反应不高。有研究证明，在油纸电容型设备中，即使油全部漏光，电容量减小也不超过10%。且由于露出油面的电容较容易击穿，电容量减小现象更不明显，甚至可能会出现增大现象。此案例也验证了这一点。此问题可通过进行额定电压下介损试验观察电容量变化趋势来解决，但利用红外测温技术，则可以更好的弥补这一点。

［1］陈衡，侯善敬．电力设备故障红外诊断［M］．北京：中国电力出版社，1999．

［2］DL／T664－2008 带电设备红外诊断应用规范［S］.

［3］DL／T393－2010输变电设备状态检修试验规程［S］.