取油样工艺与变压器套管进水受潮的关联性分析

雷龙武

(国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建 福州 350007)

0 前言

油纸绝缘的变压器套管是变压器的主要附件之一，承担着变压器引线的绝缘和固定作用，具有结构紧凑，电场强度高的特点，如有水分和杂质进入套管，容易发生套管爆炸事故。

1 事故概述

1.1 事故经过

一台110kV主变正常运行中，差动保护、重瓦保护动作，本体轻瓦、压力释放阀报警，三侧开关跳闸。检查发现高压侧C相套管电容芯子上窜，套管油枕与瓷瓶连接处脱离，露出电容芯子，密封失效，并向外漏油。

1.2 套管损坏情况

主变吊罩检查发现C相套管下瓷套爆炸碎裂，散落在油箱内部；检查高压引线，其包扎的绝缘基本完好，没有电弧烧伤的迹象，未见其它异物。A相套管解体检查发现套管下部均压球和CT筒之间有十分明显的放电痕迹，套管电容芯子基本完好，破裂的下瓷套内壁有爬电熏黑痕迹，电容芯子锥形部位也有熏黑痕迹；检查A相套管注油口，发现注油口的密封圈断裂，密封圈边沿有老化龟裂痕迹，密封圈已丧失弹性。同时检查了非事故相套管注油孔的密封圈，虽然没有断裂，但老化程度更明显，边沿已发生龟裂。

图1 C相套管下瓷套爬电爆炸 图2 C相套管注油口密封螺栓及密封圈

图3 事故相套管注油口密封圈老化断裂 图4 非事故相套管密封圈老化龟裂

2 套管进水原因分析

变压器用密封材料的最佳压缩量为25～35%，在此压缩力度下，密封材料在松开后基本可以恢复弹性，若压缩量超过35%以上，密封材料容易产生永久性变形，无法恢复原有的弹性和密封性能，并且容易断裂和龟裂，在重复使用时容易导致密封失效。

本起事故原因是油务人员数次从注油口取油样后未更换密封圈，也未使用力矩扳手旋紧注油口螺丝，无法控制密封圈的压缩量。由于密封圈过度受压，导致密封圈老化断裂，注油孔上方的水分沿密封圈断裂处进入套管内部，并沿环氧绝缘筒内表面流向套管底部，积聚于套管底部下瓷套内部，使电容芯子锥形部位表面受潮，均压球(高电位)对安装法兰盘(地电位)爬电，电流流经路线是从均压球沿环氧绝缘筒内表面到金属延长管，最后到达安装法兰盘(地电位)，放电使绝缘油裂解产生大量气体，套管内部压力剧增，最终导致环氧绝缘筒爆裂。

3 不规范取油样与套管进水的相关性分析

套管的高压试验对检查内部绝缘受潮是有效，但对内部过热及放电性故障灵敏度稍差，只有当放电或过热导致电容屏击穿引起套管电容量变化后才能发现。但油中气体含量分析对放电、过热等缺陷能在发展初期及时诊断出来，是一种非常有效的检测手段[1]。因此国产套管一般都专门设计取样口，位于末屏背面，方便取油样进行绝缘油色谱分析。从取样口取油样操作较为简单，一般发供电单位的油务人员经过培训即可胜任此项工作。

合资或进口套管设计理念是不取油样的免维护产品，因此套管没有取样口或需专用工具取油样。注油口是制造厂为方便抽真空和注油而设计的，并不是为取油样而设计的。当怀疑套管存在绝缘缺陷确需取油样时，可以打开注油口取油样，但是从注油口取油样应严格遵循制造厂的规定进行，必须进行清洁、更换密封圈、补油、旋紧密封螺丝、充氮气维持微正压等一系列复杂的工序。从注油口取油样应由制造厂经过专业培训的技术人员进行，发供电单位的油务人员未经专门培训，操作不规范，容易引起注油口密封失效或将异物水分带进套管等。笔者已经发现多起因取油样不规范引起的套管进水爆炸事故，包括注油口密封圈遗失、密封圈未放入限位槽而受挤压变形、密封圈过度挤压变形、螺丝未锁紧进水等。图5为一支套管注油口取油样后“O”形密封圈未放入限位槽导致密封失效，水分进入套管，投运后不久就发生套管爆炸事故；图6为套管爆炸后解体发现注油口“O”形密封圈遗失，分析认为是取油样所致。

图5 密封圈未放入限位槽而受压变形 图6 密封圈遗失导致套管进水

即使色谱分析能及时发现一些过热性故障，但GB50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》、DL/T393-2010《输变电设备状态检修试验规程》等试验规程并未将套管油中气体含量分析列为例行试验项目，主要因为现场取油样容易造成不良后果，具体体现在：

(1)取油样会破坏套管密封，在套管内部产生负压，在温度剧烈变化时容易吸水受潮。

(2)频繁取油样会造成油位下降，甚至低于观察窗油位下限，按照规定应打开注油口补油，容易将水分、杂质等带入套管内部。

(3)无论从注油口补油或取油，均须进行表面清洁、更换密封圈、补油、旋紧密封螺丝、充氮气维持微正压等复杂的工序，应由制造厂经过专业培训的技术人员进行，而每次取油均请制造厂技术人员现场取油很明显是不现实的，但发供电单位的油务人员未经制造厂专业培训，并不适合在现场进行注油口的取油或补油工作，如：

a.每次打开注油口均需更换密封圈，因此从注油口取油样容易忽视更换密封圈而导致密封失效。

b.注油口密封螺丝旋紧力度不易控制，太松容易进水，太紧容易引起密封圈过度压缩，老化加快甚至断裂，最终结果也是进水受潮。

c.补油操作工艺复杂，容易将杂质或水分带入套管。

d.为维持微正压，一些制造厂要求补充压缩氮气，油务人员并未具备此项工作的工器具和技能。

4 建议

对于套管取油样问题，建议按照相关规程进行，避免取油样引起各种问题。

(1)现场取油样会破坏套管的密封，使套管内部产生负压，因此不宜在现场进行取油样的工作，在怀疑套管绝缘受潮、劣化，或者怀疑内部可能存在过热、局部放电等缺陷时应取油样进行油中气体含量分析。GB50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》和DL/T393-2010《输变电设备状态检修试验规程》已经阐明了现场套管油中气体含量分析试验的原则，本文不再赘述。

(2)取油样人员应经过培训，严格按照规程规定和制造厂的规定从专用取样口取油样，避免将异物或水分带入套管。

(3)套管厂家建议不取油或无取样口的套管，如确需打开注油口取油样或补油时，应由制造厂技术人员进行，并按照工艺要求做好表面清洁、更换密封圈等的工序。

(4)重视套管电容量测试，电容量变化往往是内部电容屏击穿的结果，即使未超出标准规定的警示值，也应根据套管电压等级与电容屏的层数进行原因分析。

(5)运行时注意巡查，如发现套管存在油位异常或渗漏油时应注意分析原因，必要时停电检查。

5 结束语

过热性和放电性故障是油纸绝缘设备常见故障，都会引起故障点周围的绝缘油和固体绝缘材料分解而产生气体，并溶解到油中，因此可以根据油中溶解的特征气体的含量来分析故障的特点和严重程度。油中溶解气体含量分析与高压试验互为补充，可以从不同方面对设备故障性质进行分析，是油纸绝缘设备故障分析的重要手段。但是对于套管等高场强、少油量的设备，取油样易引起内部负压、进水等不良后果，因此对于取油样的工作必须严格按照相关规程规定和制造厂的要求进行，相关工作人员也必须经过专业的培训，才能降低取油样的副作用，并充分发挥油中气体含量分析的作用。