一起500 kV電流互感器閃絡(luò)故障情況介紹

王　偉，鄭含博，李予全，王利紅，李　強(qiáng)

(1. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司 電力科學(xué)研究院，鄭州　450052；2. 國(guó)網(wǎng)洛陽(yáng)供電公司，河南 洛陽(yáng)　471000)

一起500 kV電流互感器閃絡(luò)故障情況介紹

王偉1，鄭含博1，李予全1，王利紅2，李強(qiáng)2

(1. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司 電力科學(xué)研究院，鄭州450052；2. 國(guó)網(wǎng)洛陽(yáng)供電公司，河南 洛陽(yáng)471000)

摘要：對(duì)河南電網(wǎng)1臺(tái)500 kV電流互感器閃絡(luò)的典型故障進(jìn)行了介紹，通過(guò)對(duì)故障電流互感器的解體檢查和結(jié)構(gòu)分析，指出設(shè)計(jì)和制造缺陷引起局部場(chǎng)強(qiáng)畸變是故障的主要原因。

關(guān)鍵詞：電流互感器； 閃絡(luò)；場(chǎng)強(qiáng)畸變

電流互感器(CT)是電力系統(tǒng)中用于測(cè)量和保護(hù)的重要設(shè)備，在高電壓等級(jí)的電流互感器中，常常采用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)。由于SF6氣體具有優(yōu)良的電絕緣性能[1-7]，因此隨著系統(tǒng)電壓的不斷升高，SF6氣體絕緣CT的使用量不斷增加，這些CT在運(yùn)行中發(fā)生了各種故障。本文對(duì)河南電網(wǎng)一起550 kV SF6氣體絕緣CT外絕緣閃絡(luò)的典型故障進(jìn)行了介紹，結(jié)合該類(lèi)型CT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析了故障原因，指出局部場(chǎng)強(qiáng)畸變是此次故障的主要原因。

1故障CT介紹

河南電網(wǎng)某500 kV變電站內(nèi)全部采用某合資互感器公司生產(chǎn)的SAS550型CT，該型CT采用倒置式結(jié)構(gòu)，SF6氣體絕緣，與傳統(tǒng)油浸式CT相比具有絕緣特性穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)單、抗動(dòng)熱穩(wěn)定能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[8]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　倒置式SF6氣體絕緣CT結(jié)構(gòu)圖

該型CT所有的二次繞組封裝在一個(gè)空心圓柱形鋁罩內(nèi)形成一個(gè)整體，鋁罩用來(lái)改善電場(chǎng)的均勻分布，且通過(guò)二次引線(xiàn)的保護(hù)管直接接地；一次導(dǎo)線(xiàn)由兩根銅導(dǎo)電桿組成，且與鋁殼絕緣，通過(guò)其端部的串并聯(lián)裝置(在鋁殼1的外面)可使兩根一次導(dǎo)電桿實(shí)行串并聯(lián)；兩根一次繞組的導(dǎo)線(xiàn)封裝在一個(gè)圓柱形的鋁管內(nèi)，鋁管同樣是起均勻電場(chǎng)的作用，鋁管與鋁殼金屬聯(lián)結(jié)；絕緣支承桿(共4根)一端接二次繞組的外殼(即接地)，一端接鋁支承座上(即接運(yùn)行電壓)，所以絕緣支承桿承受全部的運(yùn)行電壓[9]。

2故障過(guò)程

該500 kV變電站1999年投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行一直正常，2014年4月對(duì)所有CT進(jìn)行了紅外測(cè)溫及SF6氣體濕度、純度、分解物、檢漏等帶電檢測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)異常。

2014年5月1日15時(shí)5分，該500 kV電站內(nèi)5013、5022、5031、5032、5033、5042、5053開(kāi)關(guān)跳閘，造成500 kV Ⅱ母失壓。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)5022開(kāi)關(guān)A相電流互感器，5032、5033開(kāi)關(guān)B相電流互感器閃絡(luò)，電流互感器安裝位置如圖2所示，故障前5021、5023開(kāi)關(guān)在分閘位置。

圖2　故障點(diǎn)示意圖

調(diào)看故障錄波及保護(hù)動(dòng)作情況，復(fù)原故障的詳細(xì)過(guò)程如下：

(1)15時(shí)5分50秒：5033開(kāi)關(guān)B相電流互感器閃絡(luò)造成500 kV Ⅱ母兩套母線(xiàn)保護(hù)動(dòng)作三相跳閘，由于故障點(diǎn)位于5033死區(qū)位置，5033開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)，故障未被隔離，5033開(kāi)關(guān)死區(qū)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)5032開(kāi)關(guān)及BA Ⅱ線(xiàn)。

(2)15時(shí)5分50秒：5022開(kāi)關(guān)A相電流互感器閃絡(luò)，BA Ⅰ線(xiàn)線(xiàn)路保護(hù)單跳A相，由于5022開(kāi)關(guān)電流互感器閃絡(luò)一直存在，BA Ⅰ線(xiàn)線(xiàn)路保護(hù)單跳跳三相，5022開(kāi)關(guān)死區(qū)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)AC Ⅱ線(xiàn)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)。

(3)15時(shí)5分54秒：5032開(kāi)關(guān)B相電流互感器閃絡(luò)，BA Ⅱ線(xiàn)雙套線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)5032開(kāi)關(guān)及BA Ⅱ線(xiàn)已經(jīng)在分閘位置，AC Ⅰ線(xiàn)雙套線(xiàn)路保護(hù)單跳B(niǎo)相，5032開(kāi)關(guān)死區(qū)保護(hù)動(dòng)作，5031開(kāi)關(guān)及AC Ⅰ線(xiàn)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)三跳。

可知首先有2臺(tái)互感器幾乎同時(shí)發(fā)生接地閃絡(luò)，4 s內(nèi)又有1臺(tái)互感器發(fā)生了接地閃絡(luò)。故障時(shí)段變電站附近為雷雨天氣，氣溫22.7℃，局部風(fēng)速接近20 m/s。

3現(xiàn)場(chǎng)檢查及試驗(yàn)情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)5022電流互感器A相、5032電流互感器B相、5033電流互感器B相外表面均有放電痕跡。其中5032電流互感器B相密度繼電器損毀。

故障后現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鄭5033、5032、5022電流互感器進(jìn)行了SF6氣體濕度、純度、分解物，直阻和絕緣電阻試驗(yàn)，結(jié)果如下：

(1)鄭5033電流互感器A、C相測(cè)試結(jié)果正常，B相濕度、純度數(shù)據(jù)無(wú)異常，分解物氣體：SO2數(shù)值超過(guò)100 μL/L,H2S為13 μL/L，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值；絕緣電阻合格。

(2)鄭5032電流互感器A、C相測(cè)試結(jié)果合格，B相SF6氣體完全泄露，絕緣電阻合格。

(3)鄭5022電流互感器A、B、C三相測(cè)試結(jié)果合格。

4解體及試驗(yàn)情況

為分析故障的原因，將3臺(tái)故障的電流互感器運(yùn)回高壓大廳進(jìn)行解體檢查和進(jìn)一步的試驗(yàn)。首先對(duì)電流互感器的外觀(guān)進(jìn)行了詳細(xì)檢查，3臺(tái)電流互感器外表面均有放電痕跡，電弧燒蝕痕跡明顯，復(fù)合護(hù)套本身無(wú)硬化、無(wú)裂紋等老化現(xiàn)象；表面有臟污，對(duì)3只電流互感器的外絕緣表面污穢度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果為e級(jí)；對(duì)3只電流互感器的復(fù)合外套進(jìn)行憎水性測(cè)試結(jié)果為HC3，憎水性良好，符合防污閃要求。

外觀(guān)檢查及測(cè)試后，對(duì)內(nèi)部SF6氣體完全泄露的5032電流互感器B相直接解體。解體發(fā)現(xiàn)：內(nèi)部一次導(dǎo)體、屏蔽管表面光潔、無(wú)放電或異常；二次繞組屏蔽罩及絕緣支撐件表面干凈，無(wú)放電痕跡或其他異常；電容屏內(nèi)部無(wú)放電痕跡；玻璃鋼筒內(nèi)表面無(wú)放電痕跡或其他異常；電容屏的鋼筒與鋁接筒接觸位置有輕微放電點(diǎn)，該類(lèi)產(chǎn)品運(yùn)行后在此部位會(huì)產(chǎn)生高頻放電痕跡，對(duì)主絕緣無(wú)影響，在其它正常產(chǎn)品上也多有發(fā)現(xiàn)?？傮w來(lái)講對(duì)5032電流互感器B相解體未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣缺陷。

對(duì)5033電流互感器B相解體情況與5032電流互感器類(lèi)似，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣缺陷。

鑒于5032和5033電流互感器B相解體檢查均未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，可以斷定此次電流互感器故障均為單純的外部閃絡(luò)故障。為確認(rèn)外部閃絡(luò)的原因，決定在高壓大廳內(nèi)對(duì)鄭5022電流互感器A相開(kāi)展進(jìn)一步的試驗(yàn)。

首先對(duì)5022電流互感器A相進(jìn)行了介損測(cè)量和工頻耐受電壓試驗(yàn)，均無(wú)異常。在對(duì)內(nèi)部絕緣進(jìn)行考核后，又開(kāi)展了工頻最高運(yùn)行電壓下淋雨試驗(yàn)。人工淋雨采用45°淋雨(模擬風(fēng)雨交加)方式，雨水的平均值不小于1 mm/min。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，雨水電導(dǎo)率為50 μS/cm～2 000 μS/cm，考慮現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)苛條件，最終選擇雨水電導(dǎo)率為2 000 μS/cm。施加試驗(yàn)電壓為318 kV，然后淋雨，保持淋雨率連續(xù)、穩(wěn)定。初始淋雨時(shí)段，電弧主要集中在高壓強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)，在強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)最先出現(xiàn)電暈，隨后電弧逐步由上至下發(fā)展，在套管形成明顯電弧放電。

此外還在淋雨情況下對(duì)電流互感器施加雷電全波沖擊，沖擊耐受電壓1 106 kV，淋雨角度45°，正負(fù)各3次，未發(fā)現(xiàn)異常。

5故障原因分析

該類(lèi)型電流互感器曾在國(guó)內(nèi)大量使用，在運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)電容屏故障、支撐件故障、外絕緣閃絡(luò)故障等數(shù)十起各類(lèi)故障，其中外絕緣閃絡(luò)故障出現(xiàn)的很少，大量故障均為內(nèi)部電容屏和支撐件出現(xiàn)擊穿甚至炸毀。

高壓SF6氣體絕緣電流互感器由于絕緣氣體本身特性,其電場(chǎng)分布的均勻程度和電場(chǎng)強(qiáng)度分布必須嚴(yán)格控制,以保證其高絕緣特性[10]。而根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，該公司電流互感器電容屏故障的主要原因?yàn)殡娙萜粮邏簜?cè)等電位銅帶的結(jié)構(gòu)和安裝工藝不能相互配合，導(dǎo)致總裝以后銅帶隨意彎曲且貼靠在玻璃鋼筒內(nèi)壁，由于復(fù)合外絕緣的上法蘭深度不夠，銅帶會(huì)有一部分長(zhǎng)度落在法蘭屏蔽范圍之外(見(jiàn)圖3)。造成場(chǎng)強(qiáng)畸變(見(jiàn)圖4)。極易形成銅帶與玻璃鋼筒之間在雷擊過(guò)電壓和工頻持續(xù)運(yùn)行電壓下的放電，在長(zhǎng)期運(yùn)行中，這種放電形成的玻璃鋼筒絕緣損傷逐漸擴(kuò)大，放電生成物造成局部污染，甚至向下不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致電容屏沿面擊穿。

圖3　銅帶落在法蘭屏蔽范圍之外

圖4　場(chǎng)強(qiáng)畸變仿真圖

本次電流互感器故障發(fā)生時(shí)，變電站周?chē)霈F(xiàn)雷雨加大風(fēng)的惡劣的微氣候，查詢(xún)雷電定位系統(tǒng)得知，在故障發(fā)生時(shí)間14:58～15:18期間，AC Ⅰ、Ⅱ回線(xiàn)路走廊內(nèi)落雷12次。故障發(fā)生前的14:40～14:58也出現(xiàn)了大量的落雷。

綜合上述情況，可以判斷該類(lèi)型電流互感器由于電容屏高壓等電位銅帶的安裝過(guò)程缺少質(zhì)量控制，使銅帶末端低于套管上法蘭，影響到絕緣外護(hù)套局部外電場(chǎng)的均勻性，易產(chǎn)生局部放電；同時(shí)該互感器絕緣外護(hù)套采用等徑傘裙設(shè)計(jì)，在大雨和大風(fēng)的作用下傘裙與傘裙間易形成連續(xù)的雨水導(dǎo)電通道，使局部放電迅速發(fā)展，在套管外絕緣形成多處沿面爬電；最終在雷電侵入波的作用下形成貫穿性對(duì)地閃絡(luò)，導(dǎo)致本次跳閘故障。

本次電流互感器故障雖為外絕緣閃絡(luò)，與經(jīng)常發(fā)生的內(nèi)部故障現(xiàn)象不同。但故障的起因均為設(shè)計(jì)和制造原因造成電流互感器存在局部場(chǎng)強(qiáng)畸變，在惡劣天氣的作用下缺陷迅速發(fā)展，最終形成絕緣擊穿，屬典型的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

6結(jié)論及建議

本次電流互感器故障的根本原因?yàn)樵O(shè)計(jì)和制造時(shí)考慮不周導(dǎo)致產(chǎn)品存在先天缺陷，在外部惡劣天氣的激發(fā)下形成放電故障。雖然該類(lèi)型電流互感器的用量很大，但由于造成缺陷的因素較多

且整改困難，為保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行，建議將該類(lèi)型的互感器全部進(jìn)行更換。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐紹予. 淺析高壓SF6電流互感器的結(jié)構(gòu)與工藝[J]. 變壓器, 2001, 38(3):5-7.

[2]陳玉峰, 趙陽(yáng)德, 張開(kāi)基, 等. 500kV SF6絕緣電流互感器事故原因分析[J]. 高電壓技術(shù), 2002, 28(4):55-56.

[3]王軍, 劉巍, 張國(guó)亮, 等. 一起500kV氣體電流互感器事故原因分析[J]. 高電壓技術(shù), 2006, 32(6):127-128.

WANG Jun, LIU Wei, ZHANG Guo-liang, et al. Accident analysis of 500kV SF6 current transformer[J]. High Voltage Engineering, 2006,32(6):127-128.

[4]鄒建明. SF6氣體電流互感器運(yùn)行情況分析及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 電力設(shè)備, 2007, 8(1): 25-28.

ZOU Jian-ming. Operation analysis and technical development of SF6 gas filled current transformer[J]. Electrical Equipment,2007,8(1):25-28.

[5]郭天興, 王玉橋, 劉海, 等. 國(guó)內(nèi)外電流互感器的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償, 2008, 29(1):4-6.

GUO Tian-xing, WANG Yu-qiao, LIU Hai, et al. Development status of high-voltage current transformers at home and abroad[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation, 2008,29(1):4-6.

[6]黎斌. SF6高壓電器設(shè)計(jì)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

[7]周海濱, 陳國(guó)華. 500 kV SF6電流互感器事故分析及預(yù)防措施[J]. 高壓電器, 2012, 48(6): 99-102，108.

ZHOU Hai-bin, CHEN Guo-hua. Accident analysis and prevention measures of 500 kV SF6 current transformer[J]. High Voltage Apparatus,2012,48(6):99-102,108.

[8]張守智. 500 kV SF6電流互感器故障淺析[J]. 電力學(xué)報(bào), 2006, 21(4):492-496.

ZHANG Shou-zhi. Accident analysis of 500kV SF6 current transformer[J]. Journal of Electric Power, 2006,21(4):492-494.

[9]王玉明. 500 kV SF6絕緣電流互感器應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題[J]. 電力建設(shè), 2004, 25(1):29-32.

WANG Yu-ming. Attention in application of 500 kV SF6 insulated current transformers[J]. Electric Power Construction, 2004,25(1): 29-32.

[10]劉曉明, 陳陶, 張博舒. 高壓SF6電流互感器絕緣特性分析[J]. 東北電力技術(shù), 2008，29(7):1-3.

LIU Xiao-ming, CHEN Tao, ZHANG Bo-shu. Insullation characteristics analysis on HV SF6 TA[J]. Northeast Electric Power Technology, 2008,29(7):1-3.

(本文編輯：嚴(yán)加)

Introduction to a Flashover Failure of 500 kV Current Transformer

WANG Wei1, ZHENG Han-bo1, LI Yu-quan1, WANG Li-hong2， LI Qiang2

(1. State Grid Electric Power Research Institute, HAEPC, Zhengzhou 450052, China;2. State Grid Luoyang Power Supply Bureau, Luoyang 471000, China)

Abstract:This paper introduces a typical flashover failure of a 500kV current transformer in Henan power grid. Through the disintegration and structural analysis of the current transformer, we can point out that the failure is mainly due to the transformer local field strength distortion caused by design and manufacturing defects.

Key words:current transformer; flashover; field strength distortion

DOI：10.11973/dlyny201601030

作者簡(jiǎn)介：王偉(1978)，男，高級(jí)工程師，從事變壓器類(lèi)設(shè)備的試驗(yàn)研究工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TM406

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-1256(2016)01-0141-04

收稿日期：2015-12-08