一起由于套管密封失效导致的220 kV变压器故障分析

施 逸，周国梁

(国网四川省电力公司宜宾供电公司，四川 宜宾 644002)

0 引 言

高压套管广泛应用于各类变压器设备中，对于变压器的绝缘、密封防潮十分重要。目前，66 kV及以上的油浸式变压器套管主要使用油浸电容式、胶浸纤维复合电容式等类型，套管按照载流方式分为穿缆式和导杆式[1-2]。

当套管的额定电流小于630 A时，套管的载流方式宜为穿缆式；当套管的额定电流不小于630 A或电压等级不小于220 kV时套管的载流方式宜为导杆式[3]。因此穿缆式套管在220 kV及以下电力系统中应用十分普遍。但是多年来，穿缆式套管造成的事故时有发生，特别是密封不良导致渗漏、内部受潮等故障轻则迫使变压器停运，重则导致变压器本体故障，带来了大量的经济损失[4-8]。

下面通过分析一起220 kV主变压器匝间短路故障，诊断了套管故障产生原因，给出了运行维护建议，对相同类型套管的运行维护具有一定的指导意义。

1 故障及检查情况

2019年7月20日，某220 kV主变压器在运行过程中双套保护差动动作,三侧断路器三相跳闸。该变压器型号为SFPSZ9-120000/220；出厂日期为2001年1月；220 kV侧油浸电容式高压套管型号为BRDLW-220/630-3，安装形式为穿缆式，出厂日期为2000年6月。

1.1 试验检查

2019年7月20日，对该主变压器进行了检查试验。保护动作信号及波形图表明，A相存在差流，折算高压一次侧的差流为130 A；油色谱分析表明内部存在电弧放电现象；而电气试验中，绕组变形测试高压绕组A相严重变形，高压绕组吸收比和极化指数均小于1，低电压空载试验涉及A相绕组时电流严重异常，因过载无法测试中对低压变比。综合保护动作情况、油色谱分析数据以及电气试验数据，初步判断该主变压器高压侧A相绕组存在匝间短路，且短路匝数相对较少。

另外，经现场检查，发现该变压器220 kV侧A相套管将军帽密封部位相较于其他相，有较明显的缝隙，如图1所示。同时，A相套管引流线较短，套管受力较大。

图1 高压A相套管密封部位有缝隙

1.2 运行环境

调查该变压器所在地区的环境情况，发现6月17日，该地区曾发生6.0级地震，震源深度16 km。截止7月20日为止，累计发生3级及以上余震64余次，其中3级～4级地震54次，4级～5级地震6次，5级及以上地震4次。6·17地震及各余震发生期间，该变电站所处地区震感明显。

另外，6月以来，该地区连续多日降雨。据统计，6月17日地震至7月20日期间，该地区降雨天气达28天，其中中雨13天，大雨到阵雨6天。19日，该地区天气为中雨，20日上午为小雨，气温为24～34 ℃。

1.3 变压器内部检查

为验证初步判断，并进一步分析故障原因，在现场对该变压器开展了内检。检查方式为将变压器套管拔出，并将变压器油排空后，从220 kV套管孔进入变压器内部，对故障点进行查找及原因分析。

检查结果为：该变压器220 kV侧A相线圈出线铜屏蔽管内有明显的固体绝缘烧蚀形成的碳化物和金属铜颗粒，如图2—图4所示。表明在该处附近有涉及固体绝缘及金属部件的电弧烧灼故障。结合变压器内部结构分析，以上固定绝缘碳化物以及金属铜颗粒极有可能来自于高压绕组引流线附近的绕组匝间击穿短路故障。

图2 A相套管出线铜屏蔽管内有明显的电弧烧蚀产物

图3 高压A相铜屏蔽管内有大量固体绝缘碳化物

图4 高压A相铜屏蔽管内有大量金属铜颗粒

1.4 返厂检查

将该变压器返厂后，对该变压器进行了拔圈检查，确认A相高压线圈为绕组匝间短路故障，故障部位正好位于绕组引流线下方，见图5所示，其他绕组均未见异常。

图5 返厂检查确认高压A相绕组匝间短路

2 故障原因分析

2.1 套管密封结构

该套管密封结构如图6所示。

图6 套管头部密封结构

该套管密封依靠4条紧固螺栓将导电头、胶垫及接线座紧固在一起，接线座内有空腔，安装固定主变压器引线导电棒的定位螺母和圆柱销。该结构由于接线座无防松动锁定装置，导线在受力摇摆后，紧固螺栓松动，会引起密封失效，雨水沿此进入变压器内部，如图7所示。

图7 套管密封失效

2.2 主变压器套管安装结构

该套管为穿缆套管，从主变压器安装结构上可以看到，从套管顶部进入主变压器的雨水，将沿着高压套管、铜屏蔽管的通道，集中流入到了变压器高压绕组引流线部位，导致该处发生绕组匝间短路故障。如图8所示。

图8 高压A相套管进水路径

2.3 密封失效进水原因分析

该套管结构由于无防松动锁定装置，且主变压器220 kV侧A相套管引流线较短，导致套管受力较大，由于该地区在故障发生前发生了多次地震及余震，引流线不断拉扯A相套管，导致套管将军帽处紧固螺栓不断松动，密封失效。同时，因该地区连续多日降雨，且温差较大，主变压器内部压力变化较大，因气压变化而引起的呼吸效应导致雨水从密封失效处渗入。另外，由于该台变压器的套管为穿缆式，高压绕组引流线穿过铜屏蔽管引出，套管末端直接对着高压绕组铜屏蔽管；从套管顶部进入内部的雨水，直接顺着高压套管、铜屏蔽管的通道，集中流入到了变压器高压绕组引流线部位，导致该处发生绕组匝间短路故障。

3 结 论

1)穿缆式套管将军帽处密封不良将导致雨水沿套管通道进入变压器内部，从而引发内部绝缘击穿的严重故障。故应特别加强对穿缆式套管将军帽处密封的检查及维护。

2)该类型套管接线座、双封螺母2个部件与下端无紧固锁定装置，结构设计存在无防松动措施的设计缺陷，易于造成变压器进水，新安装套管不应再采用该结构。

3)对新安装的220 kV及以上等级变压器，应严格执行反事故措施关于“应核算引流线(含金具)对套管接线柱的作用力，确保不大于套管及接线端子弯曲负荷耐受值”的规定，防止套管受力过大而导致套管故障。

4)在遭受强震及连续较低强度地震后，应对在运变电站的220 kV变压器套管受力及密封情况开展全面排查，特别是对引线较紧、套管接线柱受力过大的，应引起足够重视，必要时应安排停电进一步检查处理，防止类似故障发生。