220 kV油浸式電流互感器缺陷案例分析

冀 輝，劉連升，焦洪濤，李 培，劉晨亮

（1.國(guó)網(wǎng)衡水供電公司，河北 衡水 053000；2.國(guó)家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，變電站內(nèi)充油設(shè)備的數(shù)量逐年增多。對(duì)于油浸式電流互感器等充油型電力設(shè)備，除了可以采用常規(guī)的紅外熱像測(cè)溫技術(shù)、相對(duì)介質(zhì)損耗檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)外，還可采用油色譜帶電檢測(cè)技術(shù)。本文采用不同檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，通過對(duì)不同時(shí)段和不同檢測(cè)手段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析了設(shè)備缺陷的原因。

1 充油型電力設(shè)備的帶電檢測(cè)技術(shù)

對(duì)油浸式電流互感器等充油型電力設(shè)備，能夠反映內(nèi)部絕緣缺陷的帶電檢測(cè)手段中，油色譜檢測(cè)技術(shù)的有效性和缺陷檢出率最高。油色譜帶電檢測(cè)技術(shù)又稱為油中溶解氣體帶電檢測(cè)技術(shù)，可檢測(cè)設(shè)備由于故障而產(chǎn)生的各類烴類氣體及一氧化碳、二氧化碳等氣體，進(jìn)而分析出設(shè)備的故障類型和嚴(yán)重程度。該技術(shù)成熟可靠，設(shè)備缺陷檢測(cè)效率較高，已廣泛應(yīng)用于充油型電力設(shè)備帶電檢測(cè)，也是油浸式電流互感器例行帶電檢測(cè)項(xiàng)目之一。

紅外熱像檢測(cè)主要反映油浸式電流互感器的電流型致熱缺陷和電壓型致熱缺陷。相對(duì)介質(zhì)損耗檢測(cè)技術(shù)發(fā)展較晚，通過相鄰?fù)愋偷脑O(shè)備之間的介質(zhì)損耗差值、電容量的比值，反映絕緣油的絕緣狀況。近年來(lái)，通過相對(duì)介質(zhì)損耗檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)的充油型電力設(shè)備的缺陷案例逐漸增多，主要為運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的老舊設(shè)備[1]。

電力設(shè)備內(nèi)部所采用的材料主要為絕緣材料和導(dǎo)電材料。絕緣材料包括支撐絕緣件、絕緣油等絕緣物質(zhì)，導(dǎo)電材料包括銅、鋁、硅鋼片等。當(dāng)電流互感器發(fā)生缺陷時(shí)，內(nèi)部絕緣物質(zhì)由于高溫、電弧會(huì)發(fā)生分解，絕緣件和絕緣油會(huì)析出微量氣體。在正常運(yùn)行中，內(nèi)部不銹鋼材質(zhì)含有的催化物質(zhì)也會(huì)使絕緣材料產(chǎn)生氣體。由于設(shè)備內(nèi)部氣體的游離和擴(kuò)散，當(dāng)通過氣體分析設(shè)備缺陷時(shí)，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并結(jié)合多種檢測(cè)手段進(jìn)行分析，才能準(zhǔn)確判斷設(shè)備缺陷性質(zhì)和嚴(yán)重程度[2]。

2 220 kV電流互感器缺陷發(fā)現(xiàn)過程

2019年7月，某供電公司帶電檢測(cè)人員對(duì)某220 kV變電站進(jìn)行電流互感器試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該間隔的B相油色譜單氫嚴(yán)重超標(biāo)準(zhǔn)值，油化驗(yàn)結(jié)果為001，經(jīng)分析懷疑該設(shè)備內(nèi)部存在微量水分超標(biāo)，造成油中含水量增加，引起局部放電。

帶電檢測(cè)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行紅外熱像檢測(cè)和相對(duì)介質(zhì)損耗檢測(cè)，這兩種檢測(cè)數(shù)據(jù)均未見異常，但油色譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，所以檢測(cè)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比。B相電流互感器油中溶解氣體分析如表1所示。其中，甲烷、氫氣、總烴的增長(zhǎng)趨勢(shì)如圖1—3所示。

表1 B相電流互感器油中溶解氣體分析表 （μL／L）

帶電檢測(cè)人員再次對(duì)該設(shè)備進(jìn)行相對(duì)介質(zhì)損耗及電容量帶電測(cè)試，數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司Q／GDW 11168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中對(duì)于油浸式電流互感器的規(guī)定，220 kV電壓等級(jí)電流互感器介質(zhì)損耗值不大于0.008。該電流互感器的介質(zhì)損耗值換算至絕對(duì)介質(zhì)損耗值為0.018 9，該值大于標(biāo)準(zhǔn)要求，其電容量為1 042 pF，與開始比較增大1.9%。

圖1 甲烷歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖

圖2 氫氣歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖

圖3 總烴歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖

表2 B相電流互感器介質(zhì)損耗及電容量數(shù)據(jù)表

3 設(shè)備拆解

拆解前，電流互感器外部無(wú)異常，絕緣件等均完好。

拆解時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣牛皮紙質(zhì)量控制不嚴(yán)，中間位置出現(xiàn)破損，在下方出現(xiàn)折痕和損壞，說(shuō)明該電流互感器在工藝控制上把關(guān)不嚴(yán)。油浸式電流互感器外表檢查情況如圖4所示。

圖4 油浸式電流互感器外表檢查情況

電氣試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)在繞組絕緣紙的內(nèi)部距離上方66 cm處，存在燒損放電現(xiàn)象，疑似該電流互感器在生產(chǎn)過程中，包繞導(dǎo)電桿時(shí)工藝控制不嚴(yán)格，存在質(zhì)檢流程不合理的現(xiàn)象。

在繞組主導(dǎo)電桿部位多處存在放電痕跡，在整個(gè)導(dǎo)電桿外部包繞的絕緣牛皮紙中存在大量的碳?xì)渚酆衔?，該物質(zhì)為絕緣油與水在高溫和放電過程中形成的蠟狀物，在距離底部44 cm處存在較多的絕緣紙不平整、包繞不嚴(yán)格、不標(biāo)準(zhǔn)等情況，如圖5、圖6所示。

圖5 油浸式電流互感器絕緣屏逐層剝離

圖6 包繞導(dǎo)電桿的 錫箔紙上出現(xiàn)碳?xì)渚酆衔?/p>

通過設(shè)備拆解情況及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析該油浸式電流互感器故障形成的原因。一次繞組導(dǎo)電桿周圍的絕緣牛皮紙制造工藝和質(zhì)量控制不嚴(yán)格，部分絕緣牛皮紙存在尖角和不平整現(xiàn)象，高電壓下在導(dǎo)電桿、絕緣紙和錫箔紙等位置產(chǎn)生放電，放電造成的高溫導(dǎo)致絕緣油分解。分解的絕緣油和水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，碳?xì)渚酆衔飼?huì)使絕緣進(jìn)一步劣化，形成惡性循環(huán)。絕緣損壞后，使局部放電加劇和溫度升高，再次產(chǎn)生碳?xì)渚酆衔?，形成區(qū)域性的油狀物。這些油狀物吸附在錫箔紙中，最終導(dǎo)致油浸式電流互感器的故障。

4 采取措施

該設(shè)備缺陷發(fā)生后，相關(guān)部門對(duì)設(shè)備進(jìn)行退役處理，更換相同規(guī)格的電流互感器，并將缺陷設(shè)備解體，徹底查清該缺陷的根本原因。同時(shí)，組織對(duì)同批次電流互感器進(jìn)行逐個(gè)篩查，對(duì)油中溶解氣體增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯的設(shè)備進(jìn)行高頻局部放電、相對(duì)介質(zhì)損耗、相對(duì)電容量測(cè)試及紅外精確測(cè)溫等工作。

對(duì)于充油型電力設(shè)備，設(shè)備廠家應(yīng)加強(qiáng)制造質(zhì)量管理，細(xì)化工藝控制，嚴(yán)格把關(guān)每一環(huán)節(jié)[3]。供電部門應(yīng)加強(qiáng)充油型電力設(shè)備帶電測(cè)試，對(duì)油中溶解氣體增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯的電流互感器進(jìn)行高頻局部放電、相對(duì)介質(zhì)損耗、相對(duì)電容量及紅外熱像測(cè)溫等測(cè)試，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面判斷分析。同時(shí)，依據(jù)歷年停電試驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)，重點(diǎn)排查同類型、同批次的電流互感器，重點(diǎn)關(guān)注充油型電流互感器的老化問題。

5 結(jié)語(yǔ)

電流互感器是電網(wǎng)中的重要設(shè)備，目前帶電檢測(cè)手段主要有紅外熱像檢測(cè)、相對(duì)介質(zhì)損耗檢測(cè)、油色譜檢測(cè)，該案例說(shuō)明油色譜對(duì)早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏性缺陷具有重要作用。