110 kV穿墙套管末屏引出端发热分析

屠聪为，郑学斌

(国网上海市电力公司超高压分公司，上海 200063)

高压穿墙套管是电网中常用的重要电气设备之一，它能使带有高电压和强大电流的导线安全地穿过墙壁、接地箱壁和金属外壳，与其他高压电气设备相连接，其不但作为引线对地绝缘，而且担负着固定引线的作用[1-2]。

穿墙套管发热会加速其绝缘老化，一旦绝缘被破坏，就可能发生辉光、电晕、火花和电弧等放电形式，最终发生击穿，造成运行故障[3]。

本文针对一个穿墙套管末屏的电压致热型缺陷进行诊断分析，首先采用红外测温等方法确定了设备缺陷位置，然后通过解体分析了缺陷产生的原因，可为类似设备的发热处理提供参考。

1 缺陷概述

2020年11月30日，运维人员在对220 kV某站1号主变110 kV穿墙套管进行红外测温时，发现C相末屏存在异常热点，温度为16.4 ℃，比A相末屏相同位置处高出4.7 ℃，比B相末屏相同位置处高出2.8 ℃。

穿墙套管红外测温图如表1所示。从表1可以看出，发热位置为C相末屏引出端。

表1 220 kV某站1号主变110 kV穿墙套管红外测温情况

2 穿墙套管及末屏分析

穿墙套管是安装在变电站配电室等建筑物墙体或屋顶上的套管，是连接户内和户外电气设备的一种高压电器设备，供导电部分穿过隔板、墙壁或其他接地物，起到绝缘支撑和外部导线间固定连接的作用。

对于110 kV及以上的穿墙套管，为了使径向和轴向场强均匀，其绝缘结构采用电容型，即在导电体上包覆上由许多绝缘层构成的密集绝缘，其间根据场强分布特点夹有许多铝箔以组成一串同心圆柱型电容器。该发热穿墙套管为环氧树脂浸纸电容式户内/户外穿墙套管，参数如表2所示。

表2 穿墙套管参数

该发热穿墙套管结构如图1所示。该套管由导电体、电容芯体、户内瓷套、户外硅橡胶伞套、环氧树脂玻纤胶、铝法兰等主要部件组成。产品两端为接线板和底座。套管为机械固定的全密封结构，其与内外界接触的主要零部件之间衬以橡胶垫。该型号穿墙套管具有抗污秽能力强的优点。

图1 穿墙套管结构

套管末屏接地引出线穿过小套管通过引线柱引出，引线柱对地绝缘。引线柱外加罩金属接地帽，通过顶针使末屏引线和接地帽紧密连接，以起到接地的效果，接地帽直接接地，如图2所示。

图2 末屏剖面图

在进行局部放电和介质损耗因数测量时，将接地帽打开使用，正常运行时必须与接地帽同时接地。

3 发热分析

由于穿墙套管的额定电流均大于主变压器额定电流，导电体直径均能满足载流量要求，因此一般不应出现发热现象[4]。

根据图1红外热像及DL/T 664—2016《带电设备红外诊断应用规范》[5]，判断该穿墙套管C相为电压致热型缺陷。

电压致热型设备缺陷诊断判据如表3所示。

表3 电压致热型设备缺陷诊断判据

根绝相对温差计算公式[5-7]，计算两个对应测点之间的温度与其中较热点的温升之比的百分数，即：

(1)

式中τ1，T1——发热点的温升和温度；τ2，T2——正常相对应点的温升和温度；T0——被测设备区域的环境温度。

由式(1)计算得C相与A相的相对温差为73.4%。该穿墙套管的发热缺陷为严重缺陷。

该站的110 kV穿墙套管为半户内敞开式，上方装有顶棚，如图3所示。可见由于灰尘等脏污无法借助雨水冲走，穿墙套管上方有明显积灰，这可能会造成该穿墙套管发热。

图3 110 kV穿墙套管环境

检修人员对穿墙套管进行解体分析，结果如图4所示。可见随着运行时间的推移，穿墙套管存在明显的劣化、污秽现象：末屏有明显脏污，接地帽外螺纹有明显锈蚀，和底座接触不良；垫片中度变形，引起与引线柱间的接触不良，破坏了末屏的密封结构。其中，C相防水介质已消失，防水效果下降，内部有积水。

图4 末屏解体图

由解体结果可知，该末屏的接地已被破坏，末屏对地形成一个电容，而这个电容远小于套管本身的电容。按照电容串联原理，将在末屏与大地之间分布很高的悬浮电压，造成末屏发热。因此判断，该穿墙套管末屏发热的根本原因就是运行中末屏接地不良。

最后，检修人员对穿墙套管进行更换并喷涂室温硫化硅橡胶(RTV)防污闪涂料，投运后发热情况消除。

4 结语

电压致热型缺陷是由于内部绝缘装置的异常、电压的不正常分布、电流的泄漏等原因造成的，在该故障的早期阶段如果使用传统的检测技术是很难发现的[8]。电压致热型缺陷会造成恶性循环，发展速度较快，容易导致爆炸事故，造成周围设备损坏，甚至危及巡视人员的安全，必须高度重视，作为检测的重点[9]。

基于对本发热缺陷的分析，提出以下运维建议。

(1)运维人员在巡视设备时，除其他应巡视项目外，还需重点关注穿墙套管的脏污情况、末屏处有无异常放电情况等。对有缺陷的穿墙套管，在排除隐患之前不应投入运行。

(2)检查全市所有该厂家生产的穿墙套管的发热情况，对可能出现电压型致热的穿墙套管进行停电检修。

(3)加强对运维、检修人员的红外检测培训工作，不仅要学会使用仪器，还要明确检查重点，有针对性地对变电站设备进行检查，提高检测人员技术水平。

(4)半户内敞开式穿墙套管较户外敞开式穿墙套管更易积污，进而导致发热，因此应对半户内敞开式穿墙套管进行统计汇总，红外测温时应注意多角度、全方位测温。