倒立少油電流互感器缺陷及制造工藝分析

錢國超，鄒德旭，馬儀，顏冰，周駿，周仿榮，黃禾

(1.云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217;2.云南電網(wǎng)有限責任公司昆明供電局，昆明 650000)

0 前言

電流互感器是聯(lián)絡(luò)電網(wǎng)一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的重要電力設(shè)備。在變電站中，電流互感器串接在母線、開關(guān)間隔及變壓器進出線上，實現(xiàn)電力系統(tǒng)電能計量及二次系統(tǒng)對一次設(shè)備的監(jiān)測與保護功能。電流互感器一旦發(fā)生故障，輕則造成設(shè)備本體損壞，重則導(dǎo)致變電站母線對地短路、一次設(shè)備出口短路等故障，釀成電力系統(tǒng)事故。因此，選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、生產(chǎn)工藝良好及運行穩(wěn)定的設(shè)備，制定切實有效的運行維護手段增強電流互感器運行可靠性，減少設(shè)備缺陷或故障發(fā)生幾率，對提高電力系統(tǒng)運行可靠性至關(guān)重要［1－4］。本文在對倒立少油電流互感器的結(jié)構(gòu)特點及典型缺陷進行分析的基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)設(shè)計制造及電網(wǎng)企業(yè)的運維方面提出相應(yīng)的管控措施。

1 倒置少油電流互感器結(jié)構(gòu)特點

1.1 結(jié)構(gòu)形式

倒立少油電流互感器具有一次導(dǎo)桿短、溫升小、電感小、系統(tǒng)短路耐受能力強［2－8］等特點。其結(jié)構(gòu)如圖1 所示:

圖1 倒置少油電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 絕緣特點

倒立少油電流互感器主絕緣可分為頭部絕緣和均壓套管部分的絕緣，頭部絕緣一般只有高壓電極和低壓電極，未設(shè)置中間均壓電極，而均壓套管部分絕緣設(shè)計帶有均壓電極;頭部主絕緣全部包扎在二次繞組上或仿形的鋁殼上，為充分利用材料的絕緣特性，在絕緣內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電或半導(dǎo)電的電屏，把油紙絕緣分為很多絕緣層，每一對電屏連同絕緣層構(gòu)成一個電容器，為了保證電壓在電屏之間均勻分布，通常按等厚絕緣原則來設(shè)計，即各相鄰電屏之間絕緣厚度彼此相等［1－4］;其帶有中間電屏的絕緣結(jié)構(gòu)見圖2 所示。

圖2 絕緣結(jié)構(gòu)

2 倒置少油電流互感器缺陷

倒立少油電流互感器多發(fā)故障有主絕緣擊穿和金屬膨脹器冒頂以及電容屏斷裂等［1，5，8－15］。

2.1 主絕緣擊穿

某線路電流互感器(型號:LVB－220W3)運行中爆炸起火，檢查發(fā)現(xiàn)儲油柜上部爆開，器身露出，大部分絕緣層均已燒損碳化，二次繞組露出;上、下儲油柜殼之間焊縫開裂，產(chǎn)品底腳開裂;過渡件螺栓脫落;裂開的上儲油柜上半部分內(nèi)表面P2 側(cè)靠頂部有放電燒蝕點，鐵心罩殼破裂呈多塊狀，上儲油柜P1 側(cè)的密封圈有壓扁及斷裂現(xiàn)象，粘連在絕緣墊圈上［4］。

根據(jù)頭部密封狀況及電場分布情況綜合分析，引起該互感器故障的原因為密封圈斷裂出現(xiàn)滲漏油造成;并且根據(jù)擊穿點位于頭部兩側(cè)圓弧的高場強區(qū)，不在頂部可推斷出此滲漏油為快速滲漏，若為緩慢滲漏，放電點應(yīng)首先出現(xiàn)在頂部。

2.2 電容屏斷裂

某220 kV 電流互感器(型號:LVB－220W2)在例行色譜分析時，發(fā)現(xiàn)乙炔含量達到153 μL/L。電氣試驗10 kV 下介損小于0.3%，但加壓到30 kV 時，數(shù)據(jù)異常，無法讀數(shù);局部放電當加壓到153 kV 時，放電量達到10 000 pC 以上(標準:252 kV 下≤10 pC)。

解體發(fā)現(xiàn):一次導(dǎo)電桿及二次繞組主絕緣層沒有發(fā)現(xiàn)異常。扒開二次引線管絕緣，發(fā)現(xiàn)第一個電容屏(由外向內(nèi))鋁箔有裂紋，但沒有完全斷開，繼續(xù)向下檢查，發(fā)現(xiàn)第二層在相同位置在電容屏斷裂處有放電痕跡。在相同位置，第三層、第四層及第五層均有同樣斷裂和放電，從第六層開始(無電容屏)，在同樣位置的絕緣紙也有明顯的被拉開的跡象。其他位置電容屏沒有發(fā)現(xiàn)異常［4］。

經(jīng)分析事故的原因為:引線管、電容屏和絕緣紙的膨脹系數(shù)不同，在干燥過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，造成電容屏開裂;在工廠內(nèi)或運輸中，吊裝和運輸中的急停和加速，使電容屏受到軸向沖擊力的作用，導(dǎo)致電容屏和絕緣層產(chǎn)生斷裂。

2.3 金屬膨脹器冒頂

某電流互感器運行過程金屬膨脹器鼓起(型號:LVB－220W3)，對該電流互感器開展電氣試驗，結(jié)果無異常，色譜分析發(fā)現(xiàn)氫氣、總烴嚴重偏高。解體未發(fā)現(xiàn)X 蠟及受潮情況，產(chǎn)品內(nèi)部器身整體完好，包扎基本平整，無明顯褶皺及其它明顯異常。

此互感器故障原因可能是在更換膨脹器后的補油過程中帶入空氣，造成油中含氣量偏高，互感器內(nèi)部存在氣泡，在運行電壓下氣泡發(fā)生放電產(chǎn)生大量H2、CH4 及C2H6 等氣體，氣體的存在不斷地加速絕緣的劣化，使產(chǎn)氣速率逐漸加快，最終造成膨脹器拉伸。

3 倒置少油電流互感器制造工藝

按照油浸式電流互感器的結(jié)構(gòu)特點及生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合運行過程發(fā)生的典型缺陷及其原因分析，在設(shè)計及生產(chǎn)制造過程中，應(yīng)加強絕緣包扎、干燥、真空注油及產(chǎn)品臥倒運輸時器身的支撐處理等方面的管控。

3.1 絕緣包扎

倒置少油電流互感器在絕緣內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電或半導(dǎo)電的電屏，把油紙絕緣分為多個絕緣層，為保證電壓在電屏之間均勻分布，應(yīng)使每對電屏間電容量基本相同，通常按照等厚絕緣設(shè)計，即各相鄰絕緣層厚度相等。

由于倒立少油電流互感器二次屏蔽頭呈環(huán)狀，若保持環(huán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)、外徑等厚度包繞，需在環(huán)狀屏蔽殼外徑處增加絕緣紙，互感器頭部包繞時需手工完成。倒立油浸式電流互感器的絕緣包扎是其絕緣系統(tǒng)的核心部分，作為互感器設(shè)計、生產(chǎn)過程的關(guān)鍵點，必須加強控制，通過合理設(shè)計包扎工藝，加強包繞過程質(zhì)量管控，降低手工包繞帶來的工藝分散性是提高設(shè)備合格率的關(guān)鍵所在。

3.2 絕緣干燥

油浸式電流互感器不僅與絕緣油、絕緣紙的性能有關(guān)，而且與絕緣介質(zhì)中含水量密切相關(guān)。含水量高的油紙絕緣介質(zhì)絕緣性能低下，不僅電氣強度低，且介質(zhì)損耗大，損耗發(fā)熱加速絕緣介質(zhì)老化，甚至發(fā)生熱擊穿。因此互感器絕緣紙必須經(jīng)過去除水分的干燥處理。影響絕緣干燥效果的主要因素有絕緣材料內(nèi)的溫度及其分布、干燥處理的最終真空度和干燥處理時間三個方面。

3.3 真空注油及脫氣工藝

絕緣紙脫氣不徹底殘留氣泡是誘發(fā)絕緣層間局放的一個重要因素。絕緣層間存積氣泡改變電容屏間的電壓分布，使個別電容屏承受較高的場強，出現(xiàn)嚴重電暈或較強的局部放電，局部放電過程中產(chǎn)生氣體的氣泡放電又加劇了局放程度，如果沒有被發(fā)現(xiàn)或處理不及時，最終將導(dǎo)致絕緣層貫穿性放電擊穿。

倒置少油電流互感器真空注油前需從器身頂部以均勻的速度抽真空，達到指定真空度并保持規(guī)定時間后，從底部向器身注油，注油全過程應(yīng)保持真空，注入油溫度宜略高于器身溫度，減少絕緣紙中殘留氣泡進而降低局放發(fā)生的概率。

3.4 運輸環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計

220 kV 及以上電壓等級倒立少油電流互感器由于高度限制，一般采用器身臥倒形式運輸。在該種運輸方式下，互感器器身重量由頭部及底座承擔。

目前，解決倒立少油電流互感器運輸過程中頭部支撐問題主要通過互感器二次繞組器身與儲油柜仿形設(shè)計，以及對二次繞組器身與儲油柜間加裝紙板固定等裝配工藝加以控制;二次繞組器身與儲油柜仿形設(shè)計通過控制二次繞組器身的尺寸，并將儲油柜的形狀設(shè)計成與其匹配的外形及尺寸，保證二者最大圓弧面接觸，增大了互感器臥倒運輸時儲油柜對二次繞組器身的支撐面;同時通過二者的尺寸匹配限制了二次繞組器身在儲油柜中的移動，從而有效降低絕緣材料的磨損。

3.5 密封

倒立少油電流互感器運行時內(nèi)部需保持微正壓，運行時潮氣防止進入。由于倒立少油電流互感器自身內(nèi)部油量就比較少，若出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象，必然對絕緣系統(tǒng)造成一定危害，目前互感器制造廠一般都通過將頭部原有儲油柜上下兩部分焊接成一體的結(jié)構(gòu)改進方法，取消密封圈，或在儲油柜上下部分密封面采用雙道密封圈結(jié)構(gòu)設(shè)計，來有效保證密封性能，同時在互感器抽真空注油時，加強器身整體密封性檢查以有效降低滲漏油缺陷，提高設(shè)備運行可靠性。

3.6 金屬膨脹器選型

互感器金屬膨脹器的選用除滿足不同運行溫度下補償油位變化，若互感器配置的膨脹器油量不足以補充由于溫度變化所需油量，在溫度驟降時，絕緣油收縮、油位偏低，器身出現(xiàn)負壓，密封面破壞，潮氣會侵入造成主絕緣擊穿或最低油位頭部位置的絕緣場強就會發(fā)生改變引起低能量局放。因此綜合互感器的運行環(huán)境及溫升選配合適的金屬膨脹器對于保障倒置電流互感器的安全運行具有重要的作用。

4 結(jié)束語

1)倒立少油電流互感器的典型故障形式主要表現(xiàn)為電場強度不均、局部場強過大、漏油及補油措施不當?shù)纫蛩匾鸬闹鹘^緣擊穿和金屬膨脹器冒頂以及運輸或安裝工藝不良導(dǎo)致的電容屏斷裂等形式。

2)倒立少油電流互感器關(guān)鍵制造工藝主要包括頭部二次屏蔽罩二次絕緣包扎、絕緣干燥、真空注油和脫氣等，同時運輸環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封和金屬膨脹器的選型等也是減少故障的關(guān)鍵。

3)為保證倒置電流互感器的安全穩(wěn)定運行，生產(chǎn)設(shè)計制造企業(yè)及電網(wǎng)運維企業(yè)應(yīng)根據(jù)故障形式及原因從生產(chǎn)及設(shè)計的各個關(guān)鍵工藝接點采取有效控制措施，防止缺陷或事故等情況發(fā)生。

［1］王世閣，張軍陽編，互感器故障及典型案例分析［M］，中國電力出版社版，2013.10.

［2］凌子恕編，高壓互感器技術(shù)手冊［M］，中國電力出版社版，2011.1.

［3］肖耀榮，伍東風(fēng)，李長庫等.互感器制造技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1998.

［4］魏朝暉.油浸倒置少油電流互感器設(shè)計.變壓器，2000，37 (9):6－9.

［5］王世閣.倒置式電流互感器運行狀況分析及提高安全運行性能的建議［J］.變壓器，2009，46 (9):

［6］鄒彬，郭森，袁聰波等.一起220 kV 油浸倒置少油電流互感器故障原因分析.變壓器，2010，47 (2):69－72.

［7］馬驥，王正，顧克拉.220 kV 倒置式電流互感器故障實例分析.湖州師范學(xué)院報，2008，30 (1):44－47.

［8］陳瑞國，韓洪剛，孫艷鶴.220 kV 油浸倒置少油電流互感器問題分析［J］.變壓器.2010，47 (5)，68－74.

［9］潘凌，陸軍，陸宇航，王政，220 kV 電流互感器爆炸故障分析［J］，水電自動化與大壩監(jiān)測，2014，38 (3):70－74.

［10］梁之林，王朔.220 kV 電流互感器故障分析［J］.變壓器.2010，47 (4):72－75.

［11］黃樂，陳亦平，舒雙焰.電流互感器故障所致電網(wǎng)事故及其處置的分析［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，?2011，5 (4):68－70.

［12］王秀春，毛一之.油浸式電流互感器一次繞組溫升特性的計算與分析［J］，中國電機工程學(xué)報，1999，19(10):42－45.

［13］胡彬彬.倒置式電流互感器的結(jié)構(gòu)特點及防振要求［J］.2004，4:65.

［14］陳斌，朱亮，許蓬萊，油浸式電流互感器一次繞組故障實例分析［J］，浙江電力，2009，6:76－79.

［15］劉海峰，閻春雨，陳志勇，劉偉，吳宏亮，油浸式電流互感器缺陷分析與狀態(tài)診斷［J］，河北電力技術(shù)，2006，25 (4):1－3.