110kV主变压器高压套管材料膨胀系数不一致导致油位观察窗破裂

易选泽

一、缺陷情况说明

（一）缺陷概述

2021年5月11日，国网资阳供电公司运维人员巡视中发现110kV安岳变电站#1主变压器高压侧中性点套管油位观察窗存在玻璃破裂、油位无法观察的缺陷。

（二）缺陷设备基本情况

该高压侧中性点套管型号为BRDW-72.5/630-4，厂家为西安爱博电气有限公司，生产日期为2007年05月。变压器型号为SFSZ11-40000/110，厂家为成都双星电器有限公司，2007年06月01日出厂，2007年12月10日投运。

二、缺陷检查情况

（一）红外测温

2021年5月31日22时10分，#1主变压器环境温度：21℃，主变带载：9.64MVA，运维人员对高压侧中性点套管油箱处进行红外测温，测得最高30.6℃。

（二）外观检查

2021年6月1日，#1主变压器停电检修，环境温度：26℃，湿度：62%，对高压侧中性点套管外观进行检查，发现套管油位已处于最低，观察窗处有渗油情况，油位表玻璃破裂，外部固定玻璃的金属法兰螺孔外边缘已完全裂开。

（三）解体检查

检修人员拆除旧观察窗，检查内部情况，发现套管上下观察孔内均存在玻璃碎屑，观察孔密封胶圈老化失去弹性。旧玻璃窗金属法兰螺孔外边缘已完全裂开，观察窗外表面玻璃出现层状脱落。

（四）试验检测

试验人员从#1主变压器高压侧套管下部取样口采集油样，高压侧套管油样数据如表2-1所示。

根據《国家电网公司变电检测管理规定（试行）第59分册 绝缘油水分检测细则（库仑法）》规定，110（66）kV及以下设备水分不超过35mg/L;根据《国家电网公司变电检测管理规定（试行）第15分册 油中溶解气体检测细则》规定，套管氢气≤140μL/L，甲烷≤40μL/L，乙炔≤lμL/L （220kV及以上）、乙炔≤2μL/L （其它）。

从套管绝缘油水分与油中溶解气体检测数据可知，A、B、C相套管与中性点套管检测数据均在正常范围内，但中性点套管微量水分含量明显高于其他三相，套管可能存在密封不严情况。

三、缺陷原因分析

经查，2011年4月，资阳公司110kV仙鹤变电站#2主变高压侧套管发生过的同类问题。经套管厂家排查，油位观察窗破裂产品集中出现在2007年1月至2008年8月期间生产的产品，主要供货变压器厂家为成都双星电器有限公司。通过几起套管油位观察窗缺陷发现，观察窗玻璃均发生破裂，并出现玻璃层层剥落的现象，外部固定玻璃的金属法兰件大多沿着螺孔外边缘处裂开。

进一步检查发现，油位观察窗玻璃和金属法兰为一体式，观察窗玻璃嵌入金属法兰内部。从观察窗剖面结构看出，玻璃和金属法兰浇注在一起，中间没有任何缝隙。两者材质的膨胀系数相差很大，外界温度大范围变化时，玻璃由于热胀冷缩的作用受到较大应力导致破裂。法兰螺孔经反复应力作用造成机械疲劳强度累积，发生断裂。

四、经验总结

（一）缺陷处理

综上所示，为避免观察窗金属材料膨胀系数不一致导致油位观察窗破裂，采取两种改进手段：

首先缩小两种材质线膨胀系数的差距。玻璃材质选用钢化防爆处理的工业玻璃，线膨胀系数（0～300℃）： 33*10-6·K-1;金属材质选用304不锈钢，线膨胀系数（0～100℃）： 17.2*10-6·K-1 。

其次改变不锈钢法兰与玻璃紧密连接方式，采用不锈钢法兰与玻璃橡胶密封圈压接方式。把观察窗玻璃和金属法兰分开，在两种不同材质之间留一定的膨胀间隙，作为热胀冷缩活动间隙，间隙用内、外两层橡胶密封圈密封。

（二）试验检测

2021年6月1日补充完合格新油，静止12小时后，试验人员再次从#1主变压器高压侧套管下部取样口采集油样，环境温度：22℃，湿度：68%，高压侧套管油样数据如表1-1所示。

从套管绝缘油水分与油中溶解气体检测数据可知，A、B、C相套管与中性点套管检测数据均在正常范围内。

（三）红外测温

2021年6月15日20时45分，#1主变压器环境温度：26℃，主变带载：12.84MVA，运维人员对高压侧中性点套管油箱处进行红外测温，测得33.3℃。

（一）建议

1、套管油位观察窗破裂缺陷均发生在成都双星电器有限公司2007年左右的110kV变压器，套管厂家包括北京爱博精电科技有限公司、西安爱博电气有限责任公司、西安西电高压套管有限公司，均可能存在此类型缺陷，加强套管排查，建立隐患台账，及时制定更换计划。

2、运维人员充分利用无人机、望远镜等手段加强对主变压器套管油位观察窗巡视。

3、检修人员利用主变停电机会，加强隐患套管的绝缘油水分与油中溶解气体检测，综合分析及时发现隐患。

4、加强检修人员对电网设备金属监督知识培训，了解设备结构性能，加强验收，避免问题设备投运。