LGB-500干式電流互感器局部放電問(wèn)題的分析與研究

■ 平高集團(tuán)有限公司 蘇永華

0 引言

電流互感器是一種專(zhuān)門(mén)用作變換電流的特種變壓器。其在電力系統(tǒng)中的主要作用為：給測(cè)量?jī)x器、儀表或繼電保護(hù)、控制裝置傳遞信息；使測(cè)量、保護(hù)和控制裝置與高電壓相隔離；有利于測(cè)量?jī)x器、儀表和繼電保護(hù)、控制裝置小型化、標(biāo)準(zhǔn)化。干式電流互感器采用新型的絕緣材料—聚四氟乙烯薄膜材料，以其無(wú)油、無(wú)瓷、無(wú)氣（SF6）、非環(huán)氧澆注、體積小、質(zhì)量輕、維護(hù)簡(jiǎn)便、安全可靠、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到用戶(hù)的青睞。本文以LGB-500型干式電流互感器（圖1）為例，對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品在局部放電測(cè)量試驗(yàn)中出現(xiàn)的典型問(wèn)題做一探討。

1 問(wèn)題表現(xiàn)

筆者對(duì)LGB-500型干式電流互感器進(jìn)行了一年多的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)：對(duì)于非運(yùn)行中的干式電流互感器產(chǎn)品，出廠試驗(yàn)時(shí)局部放電測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)良好，但產(chǎn)品經(jīng)歷一段時(shí)間的靜置后，重新進(jìn)行局部放電測(cè)量試驗(yàn)，局部放電量變大甚至超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，LGB-500型干式電流互感器局部放電測(cè)量試驗(yàn)在不同階段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

局部放電是指絕緣結(jié)構(gòu)中由于電場(chǎng)分布不均勻、局部電場(chǎng)過(guò)高而導(dǎo)致的絕緣介質(zhì)中局部范圍內(nèi)的放電或擊穿現(xiàn)象。局部放電是造成絕緣劣化的主要原因，同時(shí)它也是絕緣劣化的重要征兆和表現(xiàn)形式，與絕緣材料的劣化和擊穿過(guò)程密切相關(guān)，能有效地反映電力設(shè)備內(nèi)部絕緣的故障。局部放電逐漸發(fā)展，通過(guò)對(duì)其周?chē)^緣介質(zhì)不斷侵蝕，最終導(dǎo)致整個(gè)絕緣系統(tǒng)的失效甚至引發(fā)電力設(shè)備爆炸，造成不可逆轉(zhuǎn)的人身安全及經(jīng)濟(jì)損失，因此，對(duì)于電力設(shè)備的局部放電測(cè)量試驗(yàn)，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都有著嚴(yán)格規(guī)定，對(duì)于500kV干式電流互感器來(lái)講，局放量嚴(yán)格控制在20pC(381kV下)；50 pC(550kV下)［1］。

從我們歷次的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：中間兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)較大甚至超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值，通過(guò)反復(fù)摸索，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行有效地處理，并制定合理的試驗(yàn)方案，最終將局部放電量處理到合格范圍內(nèi)。

2 原因分析

2.1 從局部放電試驗(yàn)原理及試驗(yàn)線(xiàn)路來(lái)看，干式電流互感器局部放電主要存在于一次繞組的絕緣結(jié)構(gòu)中。干式電流互感器一次繞組結(jié)構(gòu)如圖2所示。

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從一次繞組的絕緣結(jié)構(gòu)分析：由不銹鋼管（1）作為一次繞組的骨架，鋁箔（4）、（5）作為電容屏，聚四氟乙烯薄膜（6）作為屏間絕緣介質(zhì)。其中，電容屏的敷設(shè)是以“U”型不銹鋼管為骨架而層層敷設(shè)成一系列串聯(lián)的同軸圓柱型電容屏結(jié)構(gòu)。而按照此種電容屏的敷設(shè)進(jìn)行一次繞組的絕緣計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)如表2［2］。

聚四氟乙烯作為一種優(yōu)良的絕緣材料，其臨界場(chǎng)強(qiáng)為20-30kV/mm［3］。由表2可知，我們通過(guò)計(jì)算試驗(yàn)電壓下的最大場(chǎng)強(qiáng)17.64kV/mm＜臨界場(chǎng)強(qiáng)20kV/mm，滿(mǎn)足主絕緣設(shè)計(jì)要求。這說(shuō)明我們的一次繞組絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的合理性。

2.2 從一次繞組包繞的工藝控制過(guò)程分析：電容屏的包繞工藝是確保一次繞組具有可靠的電氣特性的關(guān)鍵工序。由于電容屏間的絕緣介質(zhì)—聚四氟乙烯薄膜是一層一層纏繞在圓柱型的電容屏上的。這種包繞結(jié)構(gòu)，是根本無(wú)法杜絕層間氣泡的存在的。因此，如何盡最大可能的排出絕緣層與層之間的氣泡，從而使局部放電水平盡可能低，成為包繞中工藝控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們?cè)诎@過(guò)程中，采取將聚四氟乙烯薄膜進(jìn)行適量的拉伸，并在絕緣層與層之間加一定量的硅油，包繞完成進(jìn)行控油以排出氣泡等工藝過(guò)程來(lái)控制絕緣層之間的氣泡量。另外，我們的包繞是在防塵間中進(jìn)行的，這也有效地杜絕了絕緣體中共有導(dǎo)電雜質(zhì)的存在，使得在該雜質(zhì)邊緣電場(chǎng)集中而產(chǎn)生局部放電的因素。

綜上所述：從我們?cè)诋a(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝控制過(guò)程及出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，都是科學(xué)、合理的。但是，產(chǎn)品靜置較長(zhǎng)時(shí)間后，為什么會(huì)出現(xiàn)局放超標(biāo)的現(xiàn)象呢？這里，我們將表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋旱谝淮卧囼?yàn)：數(shù)據(jù)良好（氣溫14℃）；第二次試驗(yàn)：超標(biāo)（氣溫-10℃）；第三次試驗(yàn)：數(shù)據(jù)較大（氣溫6℃）；第四次試驗(yàn)：數(shù)據(jù)最好（氣溫在34℃）。局部放電量隨試驗(yàn)時(shí)氣溫變化關(guān)系可通過(guò)圖3來(lái)表示。

圖3 局部放電量與氣溫的變化曲線(xiàn)

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由圖3，我們大致得出以下結(jié)論：對(duì)非運(yùn)行中的干式電流互感器產(chǎn)品，氣溫越高，局部放電量越小。

由此，我們對(duì)低溫時(shí)局放不合格產(chǎn)品做如下探索式處理：一、將產(chǎn)品放置于烘房?jī)?nèi)給以適當(dāng)?shù)臏囟龋婵?0小時(shí)左右；二、產(chǎn)品進(jìn)行通流20小時(shí)左右。經(jīng)過(guò)兩種方法處理后的產(chǎn)品局部放電量恢復(fù)良好。

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們確認(rèn)造成這一現(xiàn)象的原因是：絕緣介質(zhì)—聚四氟乙烯薄膜在包繞中為了能夠盡可能的排出層與層之間的殘留的氣體，層間加有適量的硅油。當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)歷低溫或者氣溫驟降時(shí)，一方面，硅油的流動(dòng)性變差，導(dǎo)致殘留氣體的聚集；另一方面，聚四氟乙烯薄膜、硅油材料都有一個(gè)熱脹冷縮的過(guò)程，由于兩種材料材質(zhì)的不同，收縮率不同，氣溫驟降時(shí)，造成絕緣材料層與層之間的縫隙加大，使層間殘留的微量氣體空間加大，從而使氣泡變大，較大的氣泡是局部放電量變大的罪魁禍?zhǔn)?，直接?dǎo)致局部放電量的超標(biāo)。

3 解決方案

目前，要解決靜置中的干式電流互感器所出現(xiàn)的這一問(wèn)題，我們所要做的工作是找到一種在低溫下流動(dòng)性好的絕緣材料來(lái)代替硅油。這種絕緣材料必須與聚四氟乙烯具有相近的收縮率，這需要我們研究人員在試驗(yàn)室進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究和比對(duì)，找出符合要求的材料來(lái)代替硅油，才能從根本上解決這一問(wèn)題。

需要指出的是：本文僅對(duì)非運(yùn)行中的干式電流互感器產(chǎn)品的局放特性做以上研究與分析，而對(duì)掛網(wǎng)運(yùn)行中的干式電流互感器產(chǎn)品，目前還沒(méi)有因局部放電量超標(biāo)引發(fā)事故的的產(chǎn)品市場(chǎng)運(yùn)行報(bào)告。我們也通過(guò)對(duì)產(chǎn)品通流，再試驗(yàn)檢測(cè)局部放電量，測(cè)得局部放電量均合格。這也驗(yàn)證了產(chǎn)品運(yùn)行特性良好，用戶(hù)可大膽使用，不必有所顧慮。

［1］GB 1208—2006 電流互感器［S］。

［2］肖耀榮，高祖綿.互感器原理與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.沈陽(yáng) 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［3］嚴(yán)璋，朱德恒，等.高電壓絕緣技術(shù)［M］.北京 中國(guó)電力出版社，2007.