电力变压器不同电压等级的绕组浸在油箱内,绕组引线经电缆或套管引出到油箱外部,与其他设备相连,实现电能的传输。国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司的研究人员马江峰、倪钱杭,在2021年第6期《电气技术》上撰文,介绍了绕组引线经电容式套管引出、电缆引出和纯瓷套管引出等几种引出方式,并对它们的适用情况及优缺点进行分析。
电力变压器是电网的心脏,是电力系统核心设备,承担着电能的变换、联接和分配任务。套管是变压器的重要附件之一,它将油箱内部的绕组引线引出到油箱外部,不仅承担着引线对地的绝缘,同时还起到固定支撑作用。
电力变压器110kV及以上电压等级的高压绕组通常经油纸电容式变压器套管引出,有些110kV电压等级高压绕组使用玻璃钢电容式变压器套管引出,35kV和10kV电压等级高压绕组采用纯瓷套管引出,极少数特殊用途变压器的高压绕组采用电缆引出方式。
1 油纸电容式变压器套管引出油纸电容式变压器套管根据电容芯子逐层分压的原理制成,电容芯子由绝缘纸和铝箔交替卷制而成,浸在绝缘油中,主要由油盅、上瓷套、安装法兰、下瓷套、电容芯子和尾部均压球等部分组成。油纸电容式套管种类比较多,不同制造厂家的产品头部结构不一,但大多采用以下两种方式。
1.1 套管头部螺纹连接方式
套管头部螺纹连接结构如图1所示,中空管壁上有两个定位销孔,绕组引线从套管底部均压球穿上来,用定位销穿过两个小孔固定住,然后把将军帽套上引线后旋紧,将军帽的内螺纹和引线的外螺纹紧密接触。
这种联接方式的优点是,将军帽为整体铸造结构,头部密封性比较好,不易进水受潮,也不易发生漏油;同时也存在缺点,由于是螺纹连接旋紧,在安装时若螺纹拧得不够紧,容易造成接触不良,数百毫欧的直流电阻试验无法检测出微欧级的接触电阻,在主变投运初期发热不明显,运行时间久或随着负荷增加,就会造成套管头部发热,这是典型的由主导电回路接触不良引起的电流致热型缺陷。
绍兴电网曾出现过此种缺陷。运维人员对绍兴某110kV变电站夜巡时发现1号主变110kV B相套管搭头发热,最高温度在110kV B相套管将军帽处,热点温度为83℃,如图2所示。
图1 套管头部螺纹联接结构
图2 110kV B相套管头发热
根据最高温度位置和套管结构初步分析,套管将军帽内部载流导体之间存在接触不良,长期运行导致接触电阻变大,从而引发电流致热型缺陷。检修人员现场检查发现,发热是由于将军帽和绕组引线穿芯螺杆之间衔接不良造成的,由图3可以看出明显的受热氧化变黑痕迹。
图3 引线螺纹受热发黑
1.2 套管头部导杆穿出方式
套管头部导杆穿出结构如图4所示。此种结构的绕组引线端部不带螺纹,为铜导电杆,引线从套管底部均压球穿上来后,同样用定位销穿过两个小孔固定,但将军帽和头部密封结构有所不同,如图5所示。导杆穿出并固定住后,套管油盅上面放置胶纸垫片,把带有内嵌O形密封圈的将军帽从导杆上套下,压紧胶纸垫片并用螺栓固定,然后在导杆上套一个O形密封圈,在将军帽上再放一个胶纸垫片,最后把铜压板套上并固定。
这种联接方式的优点是,绕组引线通过套管中空管壁直接引出,与螺纹联接结构相比,不存在接触不良现象,不会发生电流致热型缺陷;但同时也存在缺点,其头部密封结构比较复杂,图5中可以看到共计有四道密封,如果在户外长期使用,密封圈会性能下降、老化甚至开裂,存在进水受潮和发生渗漏油的可能,如果主变安装在室内,运行环境相对较好,就不存在这一问题。