实务
Practice
现场检查关键技术问题的分析
文／王春杰 孔珍珍 张小勇
[摘要] 近年来，国内变压器套管产品技术日趋成熟，但由套管问题引发的变压器
故障仍占很大比重，究其原因为批量生产套管的质量缺陷。作为证明批量生产产品
质量品质的必要途径，产品认证在国内输配电设备领域已逐步开展。笔者结合国内
外学者研究成果和套管运行故障实例，探讨了胶浸纸变压器套管产品认证工厂现场
检查的关键技术问题，对认证检查员把握工厂现场检查的要点以及对制造企业发现
产品质量控制的欠缺都具有一定的启发意义。
[关键词] 变压器 套管 产品认证 工厂现场检查
一、引言
国内变压器套管技术已经比较成熟，但由套管问题引发的变压器故障仍占很大比重，据统计约占问题总数的30%，分析其原因是批量生产套管的质量缺陷。套管的制造工艺要求较高，如果在制造过程中质量控制不严就会导致套管存在缺陷，某些缺陷不能通过出厂试验发现，但在长期运行中这些缺陷就可能发展成故障，甚至发生套管爆炸，危及电力系统的安全。
产品认证是证明批量生产产品质量品质的必要途径，在国内输配电设备领域已经逐步开展起来。笔者结合国内外学者研究成果、产品运行故障报道文献和产品认证检查
规范要求[1]，从容易引发套管故障
的关键件对套管电气、热、机械、
密封等性能的影响切入，探讨了胶
浸纸变压器套管产品认证工厂检查
的关键技术问题。
二、产品认证检查中关键技
术问题
1. 导管
套管在通过长期运行电流和短
时冲击电流时会发热导致温升。若
和载流截面）的变化会导致导管电
阻改变，从而导管温升不同，通过
若电容芯体温升过高，将会加速其
绝缘老化，甚至导致绝缘击穿。热
应力对套管电容芯体的介质击穿特
性及绝缘性能具有关键的作用[2]。路网密度
此外，导管的尺寸结构不同，导管
外电容芯体的场强分布也就不同，
直接影响套管的绝缘性能。套管温
升还可能引起其各部分材料热胀冷
缩，造成各部分轻度变形，从而影
响电容芯体内电场的均匀分布及局
部放电[3]。因此，导管的尺寸结构
和材质是影响套管温升性能和绝缘
性能的重要因素。
导管端部螺纹根处一般会承受
较大集中应力，是机械强度较薄弱
的位置。查阅文献发现我国曾发生
两起油纸变压器套管导电管螺纹
连接处断裂事故[4,5]，胶浸纸套管
【DOI】10.ki.10-1214/t.2019.09.006
《质量与认证》2019 ·9 67
实务
Practice 编辑 王思童
在结构特点和机械性能要求方面与之非常相似，也存在断裂的潜在隐患。若导管尺寸、壁厚、螺纹加工尺寸低于设计要求，或导管材质的抗拉强度较低，当在运行中承受的最大应力接近其抗拉强度时，在交变应力的作用下套管短时间内就可能萌生出裂纹。若导管材质的延伸率偏低，一旦产生裂纹就极
易失稳扩展，甚至发生断裂。导管材料的热处理工艺质量控制有缺陷还会造成导管塑韧性较差。因此，导管的尺寸，特别是壁厚、螺纹加工尺寸，以及导管的材质成分、抗拉强度、延伸率和导管原材料的热处理工艺等是影响机械性能的关键要素。
2.电容芯体
电容芯体是套管的主绝缘，其原材料和生产工艺过程经过反复的理论研究和实践经验获得，一旦控制不严，电容芯体的性能将会产生较大差异。
（1）绝缘材料质量控制
皱纹纸的纤维配比、定量密度、厚度、抗张强度、伸长率、介损、击穿场强等技术指标是皱纹纸的重要参数，影响环氧胶的浸渗性和最终电容芯体的尺寸和电气、机械性能。铝箔作为电容极板需要控制其材料材质成分、厚度、均匀度、清洁度、致密性、卷绕性能等技术指标；铝箔电极的极板边缘电场最密集，影响套管局放性能，因而需严格控制铝箔切割工艺或铝箔折边工艺过程，确保铝箔表面平整无褶皱，无尖角、毛刺等。环氧胶需要严格控制其中各原材料的性
能、配制比例、配制工艺要求，以
铸造工艺流程
确保其粘度、凝胶时间等技术参数
满足芯体浇注的需要，避免芯体绝
缘内部产生气隙，影响套管局部放
电及耐压性能。
（2）生产工艺控制
电容芯体必须严格按照电容芯
子表格卷制，以获得设计的均匀轴
向场强、径向场强以及极板间局部
放电裕度，保证套管的绝缘性能。
卷制控制关键参数包括皱纹纸绝缘
层的厚度、层数，铝箔极板的半
径、长度和层数，上台阶长、下台
阶长、各尺寸误差、卷制张力；卷
制过程中需要进行尺寸参数检验；
确保卷制设备的卷制张力监测准
确、稳定。
ts2
浸透和无气隙是经真空干燥、
浸渍和固化后的电容芯体的最理想
状态。如果环氧胶的粘度、凝胶时
间、压力、真空度、温度、时间等
工艺参数控制不严，可能存在皱纹
纸未浸透环氧胶而残留有微小气
隙，这些气隙易发生局部放电。此
类缺陷在套管出厂试验时可能不易
检测出，但运行后长期的局部放电
会使芯体绝缘逐步劣化，甚至造成
电容层间绝缘击穿。因此，需要加
强以上工艺参数的监控。
固化后的电容芯体按照设计图
纸切削成型。尺寸误差超出允差范
围将会影响后续的装配质量，正偏
差过大易造成无法装配，负偏差过
大易引起安装不到位、产生气隙引
起局部放电，或金属部件接触不良
引起局部过热。如果电容芯子的表
面粗糙度不能满足设计要求，会影
响电容芯子表面电场分布，而且在
伞套与电容芯体之间易形成气隙。
如果是粘接伞套的外绝缘套，还可
能在大伞套、小伞套、底套之间的
衔接处形成微小的空气隙，形成绝
缘薄弱点。因此，切削过程需要严
格控制相关尺寸、尺寸误差和表面
粗糙度。
（3）密封系统（法兰或其他
紧固器件上）
在空气端的头部密封圈可防止
灰尘或潮气进入绝缘外套内部，影
响绝缘性能；对于SF6-油套管，法
兰处密封圈防止油和气互相渗透，
破坏绝缘性能；若末屏装置密封失
效，潮气从末屏侵入电容芯体内部
后可能引起电场畸变或局部放电，
破坏环氧浸渍绝缘材料甚至导致电
容芯体击穿[6]。密封件的材料和生
产质量，密封结构、装配工艺是密
封效果的关键要素。
套管常用的密封件材质有丁晴
橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶，这
些材料都耐变压器油，但高低温性
能、耐臭氧老化性能、实际使用寿
命不同。硬度、拉伸强度、撕裂强
度、拉撕伸长率、脆性温度、压缩
永久变形、耐油体积变化率是密封
件材料的重要技术指标。密封件在
生产过程中应避免有飞边、毛刺和
疏松等缺陷，其尺寸和精度应符合
标准要求和设计要求。
套管常用密封结构为挤压式。
将密封件置于密封沟槽内，密封
件的压缩变形量过小, 不能达到密
封效果。密封件过大，若超过其
68 《 质量与认证》2019·9
极限，会破坏其永久塑性变形，使其丧失弹性，甚至局部发生龟裂，导致密封失效。密封沟槽结构尺寸需与密封件相配合，避免沟槽毛刺、尖角和机械损伤对密封件造成磨损。因此，需严格按照密封结构设计选用密封件尺寸结构，控制密封沟槽加工精度和表面粗糙度。
密封件安装要控制密封件和沟槽的洁净度，因为两者之间若夹杂颗粒状杂物，会增大两者的摩擦，造成密封件磨损，缩短有效密封的寿命。在安装过程中，密封面出现不均匀填充、应力过度集中也会加速密封件损伤。因此，装配人员需按工艺要求实施装配，避免密封件安装方向错误、用力不均匀。
3.末屏装置
末屏装置经常被解开接地以便测量套管的电容量、介损和局部放电，常出现接地不良、失效的问题[7]，是套管质量薄弱点。
内置式末屏装置质量不可靠导致接地不良、失效的常见原因有弹弹性减小或变形会造成弹和引线柱间接触不良。弹簧弹力减小或接地套与引线柱间卡涩，接地套不能随弹簧完全弹出。因此，需加强弹或弹簧的质量控制以确保其使用寿命。
对焊接引线的末屏装置，套管在运输或各种装卸过程中受到颠簸可能会造成末屏焊接头机械振动。短路电流电动力冲击振动也会对焊接头造成机械冲击。若变压器满负荷运行，套管温度会比较
高。一旦在焊接点存在断股或者虚
焊等焊接工艺不良现象[8]，机械振
动或高温会加速焊接状态或引线劣
化，甚至引线断裂[9]。因此，需要
严格控制焊接工艺，由具备技能资
质的人员操作。
三、结束语
本文结合国内外学者研究成
果、产品运行故障报道文献和产品
认证检查规范要求，从容易引发套
管故障的导管、电容芯体、密封系
统和末屏装置出发，阐述了产品认
证工厂现场检查需要重点关注的关
键技术问题。建议制造企业和产品
认证检查员需特别关注以下几点。
（1）进货检验时审核导管、
皱纹纸、铝箔、环氧胶、密封件、
读日志
末屏装置的出厂检测报告，并对关
键技术指标进行复检。对于出厂检
测报告和进货检验不能覆盖的关键
技术参数需定期委托第三方进行检
验，定期对供应商的质量保证能
力进行审核，以确保供货的质量稳
定，比如导管材料的热处理工艺。
（2）对铝箔切割或折边、电
容芯体的卷制、真空干燥、浇注、
固化、切削等生产工艺过程的检验
或过程参数监测，检验或监测仪器
处于良好状态，校准或检定有效，
生产设备运行维护状态良好。
（3）人员的技术能力，确保
人员按照要求实施生产工艺过程的
监督管理机制。
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（作者单位：西安高压电器研
究院有限责任公司）
《质量与认证》2019 ·9 69
