500kV油浸倒立式電流互感器末屏故障診斷探析

馬曉薇， 樊培培， 華　超， 晏　松， 謝　佳

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修公司， 安徽　合肥　230051)

1　引言

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，電容型電流互感器其內(nèi)部是油和紙的復(fù)合絕緣，在結(jié)構(gòu)上主要分為正立式和倒立式兩類。正立式結(jié)構(gòu)，其一次繞組多為U形，全部主絕緣都包扎在一次繞組上。若為倒立式結(jié)構(gòu)，主絕緣則是包扎在二次繞組屏蔽罩上。目前倒立式電容型電流互感器在500kV電網(wǎng)中廣泛使用。

正立式最內(nèi)層的電容屏接高電壓，最外層的電容屏(末屏)接地，其絕緣結(jié)構(gòu)見圖1。倒立式結(jié)構(gòu)則相反，最外層接高電壓，最內(nèi)層接地，其絕緣結(jié)構(gòu)見圖2[1,2]。末屏通過端子引出，供測量絕緣電阻、電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)用，末屏在運行中必須可靠接地。如果由于各種原因造成末屏接地不良，那么末屏對地會形成一個電容，而這個電容遠小于電流互感器本身的電容，按照電容串聯(lián)原理，將在末屏與地之間形成很高的懸浮電壓，造成末屏對地放電，燒毀附近的絕緣物，嚴重的還會發(fā)生設(shè)備爆炸事故[3,4]。

國家標(biāo)準GB 50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準》[5]以及電力行業(yè)標(biāo)準DL/T 393-2010《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》[6]分別都對電容型電流互感器末屏試驗項目及標(biāo)準作出了要求：“測量電容型電流互感器末屏對外殼(地)的絕緣電阻，絕緣電阻值不宜小于1000MΩ。當(dāng)末屏對地絕緣電阻小于1000MΩ時，應(yīng)測量其tanδ，其值不應(yīng)大于1.5%”。

結(jié)合實際運行經(jīng)驗來看，正立式結(jié)構(gòu)，其油紙絕緣材料集中在設(shè)備底部，電流互感器進水受潮后，水分一般沉積在底部，最先使底部絕緣材料和末屏受潮，因此處在油箱底部的一次繞組絕緣為薄弱環(huán)節(jié)。測量末屏對地絕緣電阻，可以很靈敏地發(fā)現(xiàn)主絕緣早期受潮故障。但是倒立式結(jié)構(gòu)，其油紙絕緣材料集中在設(shè)備頭部，底部是鋁管支架、末屏引出軟銅導(dǎo)線(銅片)等，這些材料不易受潮，測量末屏對地絕緣電阻，并不能靈敏地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。

圖1　正立式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)圖　　　　　圖2　倒立式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)圖

2　末屏故障分類

引起倒立式電容型電流互感器末屏接地故障的原因可能有以下兩個方面[7]：一是末屏外部接地裝置故障，即外部接地引線(連片)等斷裂、懸空或接地不良。實際中多采用圖3的兩種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)一是接在端子排上，端子排上端子接內(nèi)部末屏引出線，下端子接地，這種結(jié)構(gòu)在運行中容易出現(xiàn)端子松動、試驗后未恢復(fù)等問題造成末屏未接地。結(jié)構(gòu)二是在底座上專門引出外部接地端，采用接地連片并用螺栓與設(shè)備外殼(地)緊固相連。

二是內(nèi)部末屏引線裝置故障，即內(nèi)部末屏軟銅導(dǎo)線(銅片)等斷裂、接觸不良。實際中多采用圖4的兩種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)一是在鋁管上采用銅質(zhì)圓環(huán)固定，由軟銅導(dǎo)線向下引出與底座澆鑄件上的末屏接地端相連，這種結(jié)構(gòu)連接牢固，不易出現(xiàn)斷線問題。結(jié)構(gòu)二是用焊錫把銅線、銅片等焊在電容屏上，然后包在絕緣紙里，這種結(jié)構(gòu)在運行中會因為銅線材質(zhì)差、焊接包扎工藝不良等問題造成末屏內(nèi)部斷開。

圖3　電流互感器末屏外部接地裝置　　　　圖4　電流互感器內(nèi)部末屏引出線

3　電流互感器末屏故障實例

3.1　末屏外部接地線脫落

試驗人員開展某變電站5032開關(guān)C相電流互感器試驗，在打開電流互感器端子箱后，發(fā)現(xiàn)端子排末屏端子接地連接線脫落，末屏未接地。繼而檢查發(fā)現(xiàn)從電流互感器內(nèi)部末屏引出與端子排相連的引線與端子箱體內(nèi)壁相連，有明顯放電燒損痕跡。

剪短受損末屏引線部分，開展電氣試驗，結(jié)果如下表1所示。C相一次對末屏絕緣數(shù)據(jù)合格，橫向比較無異常。末屏對地絕緣電阻不合格，小于DL393《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定的注意值，橫向比較也明顯很小。測量末屏對地電容量，橫向比較數(shù)據(jù)一致，認為電容量數(shù)據(jù)合格。介損值滿足規(guī)程要求，但與其他兩相相比偏大。絕緣油各組分滿足規(guī)程要求，無乙炔。

表1　5032電流互感器電氣試驗數(shù)據(jù)

故障原因分析：運行中可能由于機械振動等原因造成端子排末屏端子接地連接線脫落，末屏未接地。認為設(shè)備狀態(tài)發(fā)展分為以下兩個過程：懸浮放電階段，末屏與地不連接時，容性設(shè)備分壓，末屏將承擔(dān)著懸浮電壓，懸浮電壓可通過主絕緣電容值和末屏對地電容值計算。末屏對地絕緣將承受這一電壓，導(dǎo)致絕緣劣化。接地穩(wěn)定階段，從電流互感器內(nèi)部末屏引出與端子排相連的引線貼在端子箱體內(nèi)壁，之間無空氣間隙，絕緣比較薄弱，長期懸浮電位導(dǎo)致引線外絕緣擊穿，形成對地導(dǎo)電通道，本過程后，末屏穩(wěn)定接地。

3.2　內(nèi)部末屏引出鍍鋅銅片導(dǎo)向帶斷裂

試驗人員在某變電站開展5063開關(guān)C相電流互感器一次對末屏、末屏對地電容量及介損試驗時發(fā)現(xiàn)試驗電壓可以加上去，但測試通道沒有測試電流通過，無法測得真實數(shù)據(jù)。而同樣測試條件下的A、B相電流互感器試驗正常，符合規(guī)程要求。測量末屏對地絕緣電阻時，發(fā)現(xiàn)C相較另兩相數(shù)據(jù)大得多，具體試驗數(shù)據(jù)見表2。取油樣進行色譜分析，C相電流互感器油中乙炔含量24μl/L，初步判斷設(shè)備內(nèi)部有放電故障。

表2　5063電流互感器電氣試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)理論分析，若在電流互感器一次端加壓，末屏不接地，此時末屏應(yīng)有一個分壓信號，此分壓大小可通過主絕緣電容值和末屏對地電容值計算。但在C相電流互感器一次端加壓，末屏處并沒有電壓信號，結(jié)合介損試驗時測試通道沒有測試電流的異常現(xiàn)象，分析末屏有斷開的可能。

割開產(chǎn)品頭部和一次導(dǎo)電桿，取出器身檢查，主絕緣完好，沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。將二次繞組分別對末屏測量絕緣電阻，絕緣良好。對電流互感器內(nèi)部絕緣層逐層剝離進行檢查，發(fā)現(xiàn)末屏共有四處連接，均有不同程度的放電痕跡，并且有一處較為嚴重，同時絕緣層也有明顯的放電痕跡。對絕緣層進一步解體，檢查產(chǎn)品末屏，發(fā)現(xiàn)末屏上引出的鍍鋅銅片導(dǎo)向帶，沿電容屏絕緣層端面斷裂。鍍鋅銅片斷裂，其斷裂后即形成了懸浮電位，使末屏對地放電，是造成設(shè)備故障的直接原因。

4　結(jié)論

(1)對于正立式電流互感器開展末屏試驗項目發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障大多數(shù)都是進水受潮。而倒立式電流互感器，其油紙絕緣材料集中在設(shè)備頭部，大量倒立式電流互感器末屏試驗項目不合格，解體檢查時發(fā)現(xiàn)并非進水受潮，而是末屏引線絕緣不良、二次繞組絕緣不良、二次端子板材質(zhì)低劣等故障[8]。

(2)通過對故障實例進行總結(jié)分析，對于倒立式電流互感器開展末屏試驗項目發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障主要有兩類：末屏外部未接地、末屏內(nèi)部斷線。兩個具體的故障實例試驗表征如下：末屏外部未接地時，末屏對地絕緣電阻不合格，介損值較正常相偏大，油中無乙炔。末屏內(nèi)部斷線時，末屏對地絕緣電阻較正常相大的多，介損值無法測得，油中乙炔超標(biāo)。

(3)對于末屏內(nèi)部斷線這類故障，測量時故障相絕緣電阻較正常相大得多，經(jīng)驗不足的試驗人員，會認為絕緣電阻滿足規(guī)程要求而造成誤判斷。而此時如果測量末屏對地電容量及介損，通過斷線時試驗電壓可以加上去，但測試通道沒有測試電流通過的異常試驗現(xiàn)象，可以判斷出末屏內(nèi)部斷線。因此對于倒立式電容型電流互感器，末屏對地電容量及介損試驗對于靈敏準確地判斷設(shè)備故障更為有意義。

參考文獻：

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

[2] 閻秀恪,孫陽,于存湛,等.油浸倒立式電流互感器主絕緣電場分析與優(yōu)化設(shè)計[J].電工技術(shù)學(xué)報,2014,29(1):37- 43.

[3] 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):64- 68.

[4] 錢國超,鄒德旭,馬儀,等.倒立電流互感器典型缺陷及制造關(guān)鍵工藝分析[J].電力電容器與無功補償,2015,36(2):73-77.

[5] GB 50150-2016,電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準[S].

[6] DL/T 393-2010,輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程[S].

[7] 莫登斌,孫小梅,雍軍.電容型CT/套管末屏接地故障的原因分析及對策探討[J].變壓器,2010,47(8):63- 65.

[8] 林則忠.9臺電容型電流互感器驗收試驗結(jié)果的分析[J].高壓電器,2007,43(2):159-160.