電容型電氣設備故障淺析——以電流互感器為例

摘要：電氣設備試驗維護是為了發(fā)現(xiàn)運行中設備的隱患，預防發(fā)生事故或設備損壞，是電力設備運行和維護工作中一個重要環(huán)節(jié)，是保證電氣設備安全運行的有效手段之一。本文通過對 3起電容型電氣設備電流互感器故障的分析，提出了解決的方法。

關鍵詞：電容型電氣設備;電流互感器;試驗;預防;解決方法

電容型電流互感器、套管等設備長期處于工作狀態(tài)，受工作電壓和過電壓及光、熱、潮氣的作用，故障率在所有高壓電氣設備中所占比例較大。電容型電流互感器主要有以下故障：

1、一次導電回路過熱故障

電容型電流互感器的一次導電回路由一次外接線板、內接夾件、一次線圈及變比外部改接板等組成。由表1可見，一次導電回路發(fā)熱均是通過在色譜分析或預檢時發(fā)現(xiàn)。其中 LB型占絕大部分。LB型電流互感器樁頭內外結構示意圖如圖 1。

1- L1樁頭外小瓷套;2- 外瓷套;3- 密封墊;4-內側螺母;5-螺栓;6-鋁線夾件;7- 銅導電桿;8-密封墊;9- 一次線圈

圖1"" L1樁頭內外結構示意圖（LB型）

表 1" 一次導電回路過熱故障色譜及電阻測試表

設備名稱

171CT - A

173CT- B

173CT- A

151CT- B

型" 號

LB - 110

LB - 110

LB- 110

LCB- 110 W

CH

17.18

6.60

5.75

112.38

CH

6.68

6.86

14.46

206.48

CH

16.99

2.49

2.14

38.40

CH

0.81

0.00

0.00

4.97

H

108.01

16.20

0.00

215.46

CO

302.74

321.64

235.40

187.24

CO

5099.05

3965.92

2013.40

645.00

總" 烴

41.66

15.95

22.35

362.25

一次導電回路電阻（處理前 /處理后）

1230/392

865/432

1300/559

三比值：002，故障類型：高溫過熱（大于 700）

故障情況

一次外樁頭

接觸不良

一次外樁頭

接觸不良

一次內樁頭

接觸不良

一次內樁頭

接觸不良

1.1、一次導電回路過熱故障原因分析

1.1.1" 一次外樁頭接觸不良

在色譜分析中發(fā)現(xiàn)171CT一A，173CT一B總烴未超標且較少，但CH4，C2H4占總烴的絕大部分，并含有少量的乙炔（見表1），懷疑存在低溫過熱。在預試檢修時經測試發(fā)現(xiàn)一次回路電阻較正常值高數(shù)倍（見表1），分解測試內外樁頭回路電阻發(fā)現(xiàn)為外接線夾接觸不良，在通過大電流時發(fā)熱溫度升高，并通過導電桿傳入TA內部，使油產生低溫分解。經處理外接線夾后一次回路電阻恢復到正常值。

由于一次外樁頭接觸不良而產生的原因主要有以下兒種情況：互感器的一次外樁頭采用鍍銀銅板，而外接引線采用銅鋁設備線夾，兩者接觸平面不平整，安裝時又未修平，隨著運行時間增長，接觸面間產生氧化層;外樁頭接線板的緊固螺栓未擰緊或緊固工藝不當造成接觸不良;在用外樁頭L1L2、C1、C2間的連板更改變比時，未清除這些樁頭間連板表面長期形成的氧化層，也未檢查和修整接觸平面，連接時緊固螺栓工藝不當;每年預防性電氣試驗拆裝引線樁 頭，因拆裝工藝不當或為防止互感器樁頭拆裝時受力變形，有時只拆除開關側或刀閘側樁頭，由于導線的自重作用力使互感器引線板彎曲變形。

一次外樁頭接觸不良溫度較高部位在TA外部，通過一次導電桿將熱量傳入TA內，所以在TA內的溫度不太高，因而產生的特種氣體也較少，主要為并可通過一次回路電阻分解測試發(fā)現(xiàn)

1.1.2一次樁頭接觸不良

在后一年度的色譜分析中發(fā)現(xiàn)173GT- A，151CT-B的總烴中主要含有乙烯，有的總烴嚴重超標，后經檢查分析均為一次內樁頭接觸不良。其中151CT- B最具有典型意義：該TA于1月投入運行，在當年8月24日的年度色譜分析中發(fā)現(xiàn)異常，并且氣體增長速度很快，乙烯占總烴的60﹪左右，乙炔超標。打開TA頂蓋后發(fā)現(xiàn)L1的內側螺母松動，用手也可輕易擰下，內側密封墊已部分碳化并有明顯放電痕跡。分析為L1的內側螺母出廠未擰緊或在運輸途中松動，在運行中由于電動力的作用內側螺母更加松動，從而使該部分回路電阻增大，在通過運行電流時嚴重發(fā)熱使油分解和產生局部放電。

由于一次內樁頭接觸不良而產生的原因主要有以下兒種情況：收緊螺栓松動，使一次線圈線夾與外接導電銅桿間松動，因接觸不良而過熱，螺栓松動的原因是廠方組裝時未擰緊或運輸振動所致;外接線銅桿與線夾件內接弧面二者不同心，減少了有效接觸面;線夾件為鋁材，與接線銅桿材料熱膨脹系數(shù)不同，當一次大電流通過時，兩者發(fā)熱量不相等，而鋁線夾夾口單壁較薄，強度不高，易造成鋁線夾變形，使接觸面內過熱，造成惡性循環(huán)，引起嚴重過熱;每年預試拆

外樁頭板引線時，用力不當或工藝不對會使外樁頭板轉動，帶動內接線導電銅桿在線夾內轉動，引起接觸不良。

一次內樁頭接觸不良溫度較高部位在TA內部，嚴重發(fā)熱部位浸在油中，使油發(fā)生分解并有輕微局部放電，主要特種氣體為、并伴有乙炔。可通過一次回路電阻分解測試發(fā)現(xiàn)具體部位，在打開TA頂蓋后均能輕易找到發(fā)熱部位，及時處理。

2、電流互感器受潮故障

2.1" 電流互感器進水受潮

電流互感器在運行中由于油箱銹蝕、密封膠墊老化或者金屬膨脹器受損等原因造成大氣中的水分可輕易進入電流互感器，從而導致電流互感器受潮，這種受潮故障的主要特征為介損和微水超標。外界水分進入電流互感器內部造成的受潮故障在運行中較為少見，并可通過介損測試和微水分析輕易發(fā)現(xiàn)。

2.2電容屏受潮故障

電容屏受潮主要原因為電流互感器在出廠之前干燥不徹底，電容屏內層存有潮氣，經過多年運行后，潮氣不斷外滲，導致電容屏主至觸暴整體受潮，介損超標。

在預試檢修中發(fā)現(xiàn)220 kV 261CT-B的介損超標，歷年介損測試及色譜分析見表2表3。

從表2、3中可以看到雖然 220 kV 261號CT – B的介損超標，但色譜分析正常，為了能正確找到CT介損超標的原因，又對261號CT作了高電壓介損試驗。具體情況見表4表、5;圖 2、圖 3;

表 2"" 261CT色譜及微水分析

設備名稱

型" 號

CH

CH

CH

CH

H

CO

CO

總" 烴

微水（10）

A

LCLWD3- 220

15.19

4.12

3.39

0.00

31.25

620.95

1590.32

22.70

6

B

11.31

3.31

2.02

0.00

11.73

665.40

1649.25

16.64

6

C

16.41

3.05

1.36

0.00

30.29

709.69

1917.10

20.82

5

表 3" 261CT歷年 10 kV試驗電壓下介損

時間（年）

A年

B年

B年復測

A年

B年

B年復測

A

0.3

0.4

0.6

824

820

815

B

0.4

0.7

1.5

823

829

817

C

0.3

0.4

0.6

797

803

790

表 4"""" 261CT - ATA 介損試驗

電壓（kV）

10

20

30

40

50

60

70

80

電壓升

0.53

0.49

0.46

0.44

0.43

0.39

0.35

0.33

電壓降

0.53

0.5

0.47

0.45

0.43

0.39

0.36

0.33

（PF）升

846.5

842

836.4

842.3

842.5

833.2

841.8

8.34

（PF）降

844.2

837.6

836.4

833.5

831.6

833.2

841.8

8.34

最大互差（升）

-0.2

最大互差（降）

-0.2

表 5"" 261CT - B介損試驗

電壓（kV）

10

20

30

40

50

60

70

80

電壓升

1.49

1.39

1.37

1.3

1.27

1.21

1.14

1.09

電壓降

1.51

1.46

1.39

1.3

1.27

1.21

1.14

1.09

（PF）升

835.4

837.6

836.4

842.3

842.5

846.5

841.8

851.7

（PF）降

835.4

837.6

836.4

842.3

842.5

846.5

841.8

851.7

最大互差（升）

-0.4

最大互差（降）

-0.42

圖 2" 261CT- A 介損電壓曲線

圖3""" 261CT - B介損電壓曲線

根據(jù)《電力設備預防性實驗規(guī)程》DL/T596-1996中規(guī)定220 kV油紙電容型TA在常規(guī)試驗下（Us= 10 kV）時%≤0 8，當隨試驗電壓由10 kV升到/√3時，tg8%的增量超過±0.3%，不應繼續(xù)運行。由前面的試驗數(shù)據(jù)可以看到，261 CT B相而tg8%>0.8%，∣△tg8%∣>0.3%，而A相的試驗數(shù)據(jù)合格（tg8%<0.8%，∣△tg8%∣<0.3%）.至于tg8%=f（u）曲線的下降特性，根據(jù)有關資料指出是由于油中離了的遷移，被纖維阻攔所致，并指出，如tg值很大，且隨電壓的上升而下降很多，則必須考慮絕緣污染的問題，應予報廢。西林電橋測得的tg值與電壓峰值時的有功電流幅值成正比，當有功電流波形的諧波分量嚴重后，對應于電壓峰值時的電流幅值減小，這時測得的tg值下降?；ジ衅饔泄﹄娏鞯闹C波分量是由油中離了運動所阻攔而引起的。在交流低電壓作用下，在紙纖維的油層中，離了沿電場方向的來回運動距離，小于油層厚度，紙纖維不能阻攔離子的自由運動，反映為正弦波的有功電流;在較高電壓作用下，離子的運動受到紙纖維的阻攔，表現(xiàn)為諧波有功電流，顯然，油中離子型雜質（包括水分）的增加，反映為互感器總損耗的有功電流波形的諧波分量加重。由此可以得出結論，互感器tg值隨電壓上升而明顯下降，并不代表絕緣特性的好轉，卻正是絕緣劣化的表現(xiàn)。這種現(xiàn)象通過解體實例也發(fā)現(xiàn)有些顆粒狀雜質。而在試驗中互感器的電容量的變化不大，證明電容屏問的絕緣沒有擊穿現(xiàn)象。

初步分析為上述故障是由于電流互感器一次對末屏主絕緣電容芯了內部水分雜質由于真空干燥不徹底所致。為什么上述電流互感器在運行了十多年后才表現(xiàn)為電容屏受潮致使介損超標，這是因為：電容型電流互感器的主絕緣是由多層電纜紙和很簿的鋁箔每層交替問隔制成的電容型絕緣，如果在出廠前纏繞過程中，由于外界因索，如絕緣紙受潮、纏繞絕緣紙的車間濕度大等原因，而使電容屏受潮，電容型電流互感器干燥時，外層絕緣的潮氣易于排除，而內層則不易，使靠近電容芯了的電容屏內層存有潮氣。當內層干燥不徹底而外層可能相對已干燥，那么進行介損試驗時，如圖4所示。

C- - -完好部分電容量""""" C- - - 一次對末屏的總電容量

圖 4" C1--- 受潮部分電容量

tg=

由于C1遠大于C2，則tg，即測量介損由于干燥絕緣的電容量相對較小受潮絕緣由于水分的電容率大，其相應電容量較大），此時測得的綜合介損主要反映電容量較小的外層干燥部分的介損值，因而相對較小。且電容量Cx值也小于串聯(lián)元件中最小電容量元件的電容量，即小于外層干燥部分的電容量。又由于電容屏纏繞緊密，電容屏內層存有潮氣是很難在短對問內散發(fā)的，只有經過多年的運行，潮氣不斷外滲，擴散均勻，體積增大，此時介損測量值才不斷增加，介損增加，損耗也增加;損耗增加，發(fā)熱多，反而使介損增加得更快，如此惡性循環(huán)，導致介損急劇增加而至超標。這也是滬州電業(yè)局上電流互感器在運行十多年才表現(xiàn)受潮的原因。

這類故障主要特征為色譜、微水分析正常，但介損超標，做高電壓介損測試時介損值隨電壓的升高而降低，且tg﹪的增量超過-0.3%。

3、電容芯子內局部放電故障

110 kV 131 CT-A為LB2- 110型電流互感器，在進行年度的絕緣油色譜分析時發(fā)現(xiàn)總烴嚴重超標，馬上停電后進行高壓試驗，發(fā)現(xiàn)其10 kV電壓下的介損超標，后又測試高電壓介損，發(fā)現(xiàn)介損值隨電壓和溫度的變化而變化很大，且隨電壓的上升和下降相對應試驗電壓點介損不重合，具體情況見表6、7、8，圖5。

圖5"" 131CT- A 介損電壓曲線

表 5"" 絕緣油色譜分析（單位：ul/L）

名" 稱

相" 別

日" 期

CH

CH

CH

CH

H

CO

CO

總" 烴

131號

A

7- 18

557.91

22.25

1650.73

3.87

15157.34

132.86

89891.64

2234.77

表 7" 10 kV介損

名" 稱

相" 別

日" 期

溫" 度

tg﹪

C（p F）

131號

A

7- 18

40

3.993

971.31

7- 19

28

2.250

772.87

表 7"" 131 CT- A高電壓介損

電壓（kV）

10

20

30

40

50

60

電壓升

1.693

1.955

2.167

2.47

2.888

3.441

電壓降

1.684

2.22

2.879

3.413

3.63

3.441

（PF）升

786.93

859.95

863.47

867.54

876.77

887.49

（PF）降

862.99

897.21

873.70

882.46

888.59

887.49

最大互差（升）

+1.748

最大互差（降）

+1.757

根據(jù)色譜分析，H2、CH4為主要特征氣體，并有 C2H2產生，分析原因是由于運行時問較長（十多年）絕緣劣化、電容芯內存在氣隙，氣隙在局部固體絕緣介質沿面上的場強達一定數(shù)值以上時，就會引起局部放電。這種放電并不立即形成貫穿性通道，但長期的局部放電，會使絕緣的劣化損傷逐步擴大，形成惡性循環(huán)，最終造成總烴和介損增長較快并且超標，高電介損測試結果也印證了這點。

這類故障主要特征為色譜分析異常，主要特征氣體為H2CH4，嚴重的伴有少量C2H2，介損超標。做高電壓介損測試時介損值隨電壓的升高而升高，且tg﹪的增量超過+0.3﹪在試驗電壓達到局部放電起始電壓時，tg﹪急劇增高，當逐步降低電壓時，tg﹪將高于各相應電壓下的值，直至氣隙放電熄滅，曲線成為閉合環(huán)狀。

1-正常絕緣;2-電容屏內存在局部放電;3- 嚴重進水受潮;4-電容屏內存在粒子性雜質

圖6" 電容型電流互感器tg﹪-u曲線

4.結論

通過遇到的110 ～220 kV電容型電流互感器的故障實例及分析，可以看到一次直流電阻測試、色譜分析、介損測試（特別是高電壓介損測試）在電容型電流互感器的過熱、受潮、局部放電等故障分析中的重要性。

（1）一次回路過熱故障分為一次外樁頭接觸不良和一次內樁頭接觸不良。一次外樁頭接觸不良表現(xiàn)為色譜分析主要特征氣體是CH4、C2H2，一次內樁頭接觸不良主要特種氣體為C2H2并伴有乙炔。一次回路過熱故障可通過一次回路電阻分解測試發(fā)現(xiàn)具體部位，及時處理。

（2}電流互感器受潮故障分為嚴重進水受潮和電容屏由于在出廠之前干燥不徹底受潮故障。嚴重進水受潮故障的主要特征為介損和微水超標，高電壓介損測試時tg﹪-u曲線如圖3曲線3，電容屏由于在出廠之前干燥不徹底受潮故障主要特征為色譜、微水分析正常，但介損超標，做高電壓介損測試時介損值隨電壓的升高而降低，且tg﹪的增量超過-0.3 ﹪，

tg﹪-u曲線如圖6曲線4。

（3）電容芯了內局部放電故障主要特征為色譜分析異常，主要特征氣體為H2CH4，嚴重的伴有少量C2H2，介損超標。做高電壓介損測試時介損值隨電壓的升高而升高，且tg﹪的增量超過+0.3﹪，tg﹪-u曲線如圖3曲線2。

作者簡介：

李思堯（1986—），男。江西安義人，供職于深圳供電局有限公司，研究方向：配電電力電纜。