电容型设备末屏下引装置实用性研究

付兆远，李永宁，李晓磊，李琮，杨琦欣

（济南供电公司，山东济南250012）

·经验交流·

电容型设备末屏下引装置实用性研究

付兆远，李永宁，李晓磊，李琮，杨琦欣

（济南供电公司，山东济南250012）

状态检修是电网设备检修发展的必然趋势，通过对设备状态进行准确评估，可全面掌握设备的健康状态。目前，带电测试已成为设备状态评价的重要数据支撑。GIS、主变压器等设备已经开展了众多的带电测试项目，这些带电测试数据使设备状态评价结果更加可靠，对设备检修具有积极的指导意义。但对于穿墙套管、CVT、主变套管等电容型设备仍缺乏有效的带电测试手段，目前没有针对此类电容型设备的带电测试项目，致使此类电容型设备的状态评估依赖于停电计划，不能实时掌握设备健康情况。这个问题已成为制约整个电网状态检修开展的瓶颈。对此类设备末屏下引的可行性进行分析，提出并设计末屏下引装置，实现此类电容型设备的带电测试，测试结果表明该装置具有很强的可靠性和实用性。

状态检修；电容型设备；末屏下引；带电测试

0 引言

状态检修是在准确掌握设备的健康状态下，根据设备状态调整设备检修周期，使得设备检修目的性、针对性更强。状态检修的实施不仅避免了不必要的检修资源浪费，而且大大提高设备可靠性，使得整个电网运行更安全、更可靠［1］。

开展电力设备的状态检修必须要对电力设备实施准确的状态评估。目前，电力设备状态评估的主要数据来源有3类：巡检数据、例行试验和交接试验数据、带电测试数据。其中巡检数据种类单一，主要来源于设备外观、运行声音的变化，数据主观性比较强，对设备微小故障和潜伏性故障无能为力。例行试验和交接试验数据种类齐全，可有效反应设备状态，但存在试验周期长、总体数据量小的缺点。带电测试数据种类丰富、数据量大，特别是由于近年来超高频、超声波等探测技术和专家系统、模糊诊断技术等数据处理技术的不断成熟，带电测试数据有效性越来越高、带电测试项目也日益丰富，这些数据极大地丰富了状态评价数据的来源，使设备状态评价可靠性有了大幅提高。

目前主要开展的带电检测项目有避雷器运行中持续电流检测、红外热像检测、主变高频在线局放检测、GIS超高频局放测试、开关柜暂态地电压局放测试、SF6微水分解物测试等［2］。

带电测试是实施设备状态评价的重要支持手段，但目前的带电测试工作存在一定区域的空白，对主变高压套管、穿墙套管、电容式电压互感器等电容型设备缺乏有效的带电测试手段，这类设备数量约占变电站电气设备的40%～50%，其状态数据的获取仍依赖于停电计划。单纯使用例行、交接试验数据对其进行状态评估，对状态检修工作的开展带来一定的困难，在两次检修期间无法准确判断设备状态，更无法发挥状态检修针对性强、效率高的优势。此类电容型设备带电检测的空白已成为制约整个电网变电设备状态检修工作的瓶颈。

1 末屏下引可行性分析

统计结果表明，对于电容型设备，绝缘受潮缺陷约占电容型设备缺陷的85%左右。介质损耗测试是判断设备是否受潮的一个重要试验项目，根据介质损耗测量值的变化可以较灵敏地反映出套管绝缘劣化、受潮、电容层短路、漏油和其他局部缺陷［3］。此类电容型设备末屏的主要作用也是供介质损耗测试和电容量测试使用。如能在设备正常运行电压下测得设备介质损耗，就可大大丰富状态评价数据，摆脱停电计划的限制，进而可对设备状态进行跟踪评估，对设备的健康情况做出准确的评估。对提升整个电网带电测试水平具有重要意义［4］。

设备正常运行电压下介质损耗测试存在两方面问题：一方面，此类设备一般布置于较高位置，作业的安全距离不够，对试验人员的人身安全构成威胁。第二方面，电容型设备正常运行时，设备末屏严禁开路，必须保持接地，不能从电容型设备末屏上直接抽取测量信号［5］。通过导线将末屏引至安全位置并可靠接地可完成设备运行电压下介质损耗测试。

对电容型设备进行末屏下引必须考虑电磁干扰问题。变电站电磁环境非常复杂，电晕、工频磁场等都会对介质损耗测试产生干扰，特别是对套管、CVT此类小电容量电容型设备的影响更加明显［6］。

介损测试过程中的电磁干扰可分为工频干扰和非工频干扰。可使用金属屏蔽减小此类干扰对介损试验的影响，电磁波在金属表面的反射损耗和吸收损耗可降低干扰水平，密封的金属外壳可以起到良好的屏蔽作用，因此末屏下引时可在下引线外部设置一根完整的金属波纹管，最大程度抑制电磁干扰［7］。另外现有的介损测试仪本身也具有变频等众多减少干扰的措施。

2 末屏下引装置设计

正常运行时，电容型设备末屏必须保持接地。如果末屏接地不良，末屏对地形成一个小电容，其容量远小于套管本身电容，按照电容串联原理，末屏与地之间形成很高的悬浮电压，造成末屏对地放电，恶化设备运行环境，严重时损坏设备，甚至危及人身安全。目前已有类似的事例教训，惠州天然气发电厂2号主变B相套管由于在线装置与套管末屏接触不良引起局部放电，导致B相套管绝缘油乙炔含量严重超标。三门峡华阳发电有限责任公司1号机组220 kV升压站进线穿墙套管因末屏接地不良导致下部渗油，因此末屏下引装置必须保证末屏与连接线可靠连接［8-9］。

末屏下引装置可分为，末屏导电芯和引出固定装置、末屏引出接头、末屏下引连接管道。

2.1 末屏导电芯线和引出固定装置设计

末屏导电芯连接和引出固定装置示意图如图1所示，导电芯连接固定装置全部为黄铜材质，由压紧弹簧、铜质护套、引出线线槽、紧固螺栓组成。导电芯末端连接绝缘限位衬套，可灵活调整衬套位置，使弹簧压缩1／2左右。末屏前段嵌入压紧弹簧，确保末屏导杆和整个装置接触良好。这种结构保证了末屏与引下线的可靠连接，杜绝了虚接的可能，并使其具备一定的抗外力破坏能力。实现整个连接装置的固定牢固、连接紧密、密封严实、绝缘良好。

图1 末屏导电芯连接和固定装置示意图

2.2 末屏引出接头设计

末屏下引装置设计如图2所示，末屏引出接头包括末屏引出前端盖、末屏引出后端盖两部分组成。对内部的末屏导电芯连接和固定装置、限位和调整绝缘衬套起到屏蔽和保护作用。其中1、2、4材质为黄铜，3为绝缘材料。将原接地封盖拆除，将前端盖加环形密封后旋入底座。铜质单芯导线从导电芯尾端传入后径向穿出，反转螺母锁紧导线，导电芯前端装入弹簧套在末屏上。绝缘限位衬套起到支撑、绝缘作用，根据实际位置进行调节，保证在温度变化、弹簧弹性变化时下引导线与末屏仍能保持良好的接触。

图2 末屏下引装置设计示意图

末屏引出接头外接于套管末屏，在主变检修时应充分考虑检修人员误碰、误踏行为。使用Solidworks建立了末屏引出接头的有限元模型，运用有限元法对其进行静力结构强度计算。考虑极限情况，将60 kg压力施加于引出接头末端。在60 kg外载荷作用下，零件最大变形为63.2 μm，位于其末端螺纹处，变形情况见图3；最大应力为68.4 MPa，位于前后端盖连接螺纹处，应力情况见图4；零件材料黄铜（H68）的强度极限为375MPa，远大于所受最大应力64.8MPa，因此，设计的末屏引出接头具有足够的强度及刚度。

图3 60kg荷载下的变形云图

图4 60kg荷载下的应力云图

2.3 末屏下引连接管道设计

末屏下引连接管道主要起到保护与屏蔽作用，装置包括波纹管连接结构、金属波纹管、管道锁紧机构3部分构成。3部分依次连接保证各部分连接紧密，密封良好。同时避免末屏引出线受到外力损伤。波纹管软连接由紧固螺栓和密封圈构成，既能保证连接的可靠，又能避免引线受到强硬外力损伤，避免引线受潮生锈。波纹管道整个也由不锈钢金属制成，可以有效屏蔽外界电磁干扰，避免引线受外界环境影响，保证测试数据准确性。管道紧缩机构实现将引线引出直接接地功能，防止雨水、灰尘等杂物侵入波纹管内部，实现引线的可靠接地，保障设备安全运行。

3 末屏下引装置布置

电容型设备末屏均具有相似结构，其中以主变高中压套管的设计、布置最为复杂，本文以主变套管末屏下引为例阐述末屏下引装置的布置情况。

图5 末屏下引装置单相走向图

为不破坏变压器本体结构，下引线固定均利用变压器原有螺栓，不影响变压器本体火灾报警等其他辅助装置的运行。末屏下引装置单相走向如图5所示，装置布置的俯视图、正视图如图6所示。管道自末屏引出接头处引出，在升高座法兰处使用下引线支架固定在法兰上，下端用穿线管支架固定在油管法兰上。管道由末屏处向下引至变压器本体与散热器之间的空隙处，然后水平引至变压器爬梯处，使用下引线支架完成直角转弯使方向垂直向下，最后连接至爬梯后侧的末屏接地板处。

图6 末屏下引装置布置图

4 现场实施实例

结合春检、秋检主变停电计划，根据设计图纸对清河、水屯、许寺等6台主变进行了末屏下引装置改造，实施工程见图7、图8。

图7 导电芯制作图

图8 末屏下引装置现场安装

主变末屏下引装置改造完成后，在正常运行电压下对主变套管的相对介损进行了测试。以高压套管A相和中压套管Am相为参考相分别进行高压套管B、C相及低压套管B、C相进行测试，许寺2号主变测试结果如表1所示。

表1 许寺2号主变套管带电测试数据

测试结果表明：设备运行电压下，套管的相对介损测试结果与停电时的测试结果基本一致。末屏下引装置具有很强的实用性，可满足电容型设备运行电压下相对介损、电容量的测量。

5 结语

状态检修的深入开展必定会对带电测试提出越来越高的要求，实现所有设备的带电测试是电网发展的必然趋势。通过设计实施了电容型设备末屏下引装置，实现了电容型设备运行电压下相对介损、电容量的测试，为设备状态评价提供了丰富、精确的数据支持，解决了目前带电测试工作中的瓶颈，对于整个电网状态检修水平的提高具有一定意义。

［1］郭碧红，杨晓洪.我国电力设备在线监测技术的开发应用状况分析［J］.电网技术，1999，23（8）：65-68.

［2］邹建明.在线监测技术在电网中的应用［J］.高电压技术，2007，33（8）：203-206.

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［4］韩金华，张健壮，王伟，等.电力变压器高压套管末屏接地方式问题探讨［J］.变压器，2009，46（6）：64-67.

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［6］沈煜，罗维.变压器套管末屏对现场局部放电测量影响的实例与分析［J］.高压电器，2009，45（3）：157-159.

［7］莫登斌，孙小梅，雍军.电容式CT/套管末屏接地故障的原因分析及对策探讨［J］.变压器，2010，47（8）：63-65.

［8］李克.220 kV穿墙套管末屏烧损的原因分析及故障处理［J］.电力设备，2005，6（7）：63-65.

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Research of the Practicality of the Downward Device for Capacitive Equipment End Shield

Condition-based maintenance is the inevitable trend of power system equipments maintenance.Equipment condition can be comprehensively mastered by accurately evaluation.Now，energized test has become one of the most important ways of data supporting.Many kinds of energized test have been launched for GIS and main transformer.Energized data makes evaluation results more reliable and plays a positive role in equipment maintenance.But effective energized test for capacitive equipments such as wall bushing，CVT and main transformer bushing is still lacked.Condition assessment of such capacitive equipments depends on power cut plan.Real condition of these equipments cannot be detected.This problem has become the bottleneck of condition based maintenance of the whole power system.Feasibility of downward device for end shield is analyzed in this paper.Downward device for end shield is proposed and designed.Energized test of capacitive equipments is achieved. This device is very practical and reliable in energized test.

condition based maintenance；capacitive equipment；downward of end shield；live testing

TM72

：A

：1007－9904（2014）03－0025－04

2013-12-13

付兆远（1987—），男，硕士，主要从事高压试验的技术工作。