油浸式電流互感器的不同缺陷原因?qū)Ρ确治?/h1>
2013-10-19 14:54:46陳安明黃文龍張智勇
四川電力技術(shù) 2013年3期
陳安明，楊 洋，許 強，黃文龍，郭 銳，張智勇
(四川省電力公司超(特)高壓運檢公司成都中心，四川 成都 610000)
0 引言
電流互感器是電力系統(tǒng)繼電保護、自動控制和指示等方面不可缺少的設(shè)備，它利用一定的變比關(guān)系將大電流變換為小電流，并配備上適當?shù)碾娏鞅碛?，起到測量高電壓交流電路內(nèi)大電流的作用［1－6］。
電流互感器的絕緣介質(zhì)分為澆注絕緣、氣體絕緣和油絕緣3種。其中采用油絕緣方式的電流互感器被稱為油浸式電流互感器，其內(nèi)部是油和紙的復(fù)合絕緣，多為戶外裝置。
油浸式電流互感器分為以下2種。
1)電磁式電流互感器。一次繞組一般采用“8”字型絕緣結(jié)構(gòu)，套在有二次繞組的環(huán)形鐵心上，一次繞組和鐵心都包有較厚的電纜紙。
2)電容式電流互感器。一次繞組一般采用10層以上同心圓形電容屏圍成“U”字形，主絕緣全部包在一次繞組上。為了提高主絕緣的強度，在絕緣中放置一定數(shù)量的同心圓筒形電容屏，各相鄰電屏間絕緣厚度彼此相等，且電容屏端部按照長度從里往外成臺階排列的原則制成，最外層電容屏接地，各電容屏間形成一個串聯(lián)的電容器組。各相鄰電容屏間在制造時電容相等，保證其電壓分布近于均勻。由于電容屏端部電場不均勻，在高電壓作用下，端部會產(chǎn)生局部放電，為了改善端部電場，通常在兩層電容屏間增放一些短屏或者放置均壓環(huán)。
目前，35 kV 及以上電流互感器多采用油浸式電流互感器。近年來，高壓油浸式電流互感器內(nèi)在絕緣缺陷引發(fā)的事故時有發(fā)生，引起開關(guān)跳閘、爆炸起火等事故。電流互感器雖小，但若發(fā)生事故，必將嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行，造成的損失和影響卻很大。從3 起油浸式電流互感器的缺陷實例入手，就電流互感器各種缺陷原因進行了綜合對比分析。
1 油浸式電流互感器缺陷實例
1.1 實例1
2010年9月，四川省電力公司超(特)高壓運檢公司在對某變電站的某35 kV 油浸式電流互感器進行年檢預(yù)試時，發(fā)現(xiàn)B 相介損嚴重超標。此故障相預(yù)試結(jié)果如表1。
表1 某35 kV 電流互感器故障相測試結(jié)果
進一步取油樣時還發(fā)現(xiàn)，開始放油的一瓶油樣底部有3 cm 深的水分，可以判斷故障相電流互感器絕緣嚴重受潮。
表2 某220 kV 電流互感器某相色譜測試結(jié)果［7］
1.2 實例2
2010年8月，某變電站某220 kV 電流互感器某相油色譜試驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常［7］，如表2 。此電流互感器介損試驗數(shù)據(jù)如表3，介損及電容量測試值與交接值相比未見異常。
表3 某220 kV 電流互感器故障相介損測試結(jié)果［7］
解體檢查發(fā)現(xiàn)［7］:部分電容屏中有X 蠟出現(xiàn)，部分絕緣紙有明顯褶皺、破損。
1.3 實例3
2010年12月，四川省電力公司對所轄的某變電站進行首檢時，發(fā)現(xiàn)兩只220 kV 電流互感器乙炔含量超標［8］。兩只故障相TA 的色譜測試結(jié)果及高壓試驗數(shù)據(jù)參見文獻［8］。
此兩臺故障TA，首檢時乙炔含量超過1 μL/L甚至超過5 μL/L 時，但同時甲烷含量卻只有幾個μL/L，氫氣含量只有幾十個μL/L，乙烷分量只有零點幾個μL/L，這個結(jié)果與一般的故障發(fā)展規(guī)律相違背［8］。而此兩只故障TA 的高壓試驗數(shù)據(jù)(包括介損及電容測得值)均未見異常。
為查找故障原因，對兩只220 kV 故障TA 進行了解體。解體發(fā)現(xiàn)［8］:兩只故障TA 的一次繞組端子連接可靠牢固，末屏與地可靠連接;在末屏的銅扁絲帶上有明顯的放電或發(fā)熱引起的發(fā)黑點，緊挨屏的內(nèi)外絕緣紙未出現(xiàn)放電或發(fā)熱的痕跡，其它主屏及端屏均無異常;銅扁絲帶的纏繞不均勻，匝與匝之間結(jié)合不緊密;銅扁絲帶的經(jīng)線采用銅絲和尼龍絲編制，而緯線全部采用的是尼龍絲。
2 3 起實例的缺陷原因分析
1)對于實例1 的缺陷，從解體吊心的結(jié)果可知，密封墊老化導(dǎo)致密封不良，這樣外部水分通過老化的密封墊侵入，使得內(nèi)部絕緣嚴重受潮，從而導(dǎo)致介損測試結(jié)果的嚴重超標。
2)對于實例2 的缺陷［7］，由于生產(chǎn)過程中工藝不良，造成絕緣包繞松緊不均、絕緣紙有皺褶破損等缺陷，使得電流互感器在正常運行電壓下有一定的局部放電和過熱，逐漸造成從絕緣薄弱點開始的絕緣劣化。
3)對于實例3 的缺陷［8］，緯線全部采用尼龍絲，造成末屏匝與匝之間沒有可靠的金屬連接［8］，沒有形成一個整體的等電位體［8］，從而導(dǎo)致了電場畸變和局部放電，使依附在銅扁絲帶上的油膜分解，產(chǎn)生乙炔氣體。
3 不同缺陷原因的對比與討論
1)對密封不良導(dǎo)致受潮的缺陷，由于受潮會產(chǎn)生貫穿性放電通道，這會使得電流互感器的介損測試結(jié)果大大增大，因此可以通過狀態(tài)檢修例行試驗中的介損測試有效地發(fā)現(xiàn)此類缺陷。
2)對于絕緣制造工藝不良缺陷，在缺陷的初、中期甚至晚期，由于缺陷尚未發(fā)展成貫穿性放電通道，故而通過狀態(tài)檢修例行試驗中的介損及電容量測試一般不能有效地發(fā)現(xiàn)此類缺陷。一般而言，此種內(nèi)部故障的初、中期，油中氫氣、烴類氣體組分首先是氫氣快速增長，而在故障的晚期，油中氣體組分乙烯增長，并出現(xiàn)少量的乙炔［1－8］。在故障發(fā)展的初期，各種誘發(fā)條件導(dǎo)致絕緣層間微弱的局部放電，特征氣體為氫氣和甲烷，被層間油完全溶解;在故障發(fā)展的中期，絕緣層間局部放電導(dǎo)致氫氣產(chǎn)出量超出相對封閉區(qū)域油的溶解能力，氣泡放電出現(xiàn)，隨著超出油的溶解能力的游離氣體的增加，局部放電區(qū)域溫度升高，油被裂解聚合成X－蠟，局部放電次要氣體組分乙烷出現(xiàn);在故障發(fā)展晚期，故障區(qū)域附近出現(xiàn)持續(xù)的大范圍氣泡放電，絕緣油裂變成烴類氣體，組分中出現(xiàn)乙烯和乙炔，故障區(qū)域壓力持續(xù)增大，放電產(chǎn)生的特征氣體在壓力的作用下快速向外擴散，本體油中局部放電特征氣體每10 天增長一倍左右［1－8］。對于此類缺陷，可以通過油色譜試驗進行發(fā)現(xiàn)和跟蹤。在此類缺陷初期，雖然并沒有乙炔生成，但是氫氣或甲烷含量會有較大的增加。所以，即使沒有乙炔生成，但是氫氣和甲烷含量增加較多，也應(yīng)引起重視，可能是電流互感器處于此類缺陷的初期，需要加強對互感器的跟蹤。如果在跟蹤中發(fā)現(xiàn)，在氫氣和甲烷含量增加很多后，又出現(xiàn)一定的乙烷含量，則說明互感器已處于缺陷的中期;如果又出現(xiàn)乙炔分量，則說明互感器已處于缺陷的晚期。
3)對于實例3 的末屏銅編織帶的設(shè)計缺陷使得末屏沒有形成整體的等電位體的故障，同樣不能通過狀態(tài)檢修例行試驗中的介損測試結(jié)果有效地發(fā)現(xiàn)和診斷此類缺陷，同時由于這不是固體絕緣制造工藝不良或絕緣干燥、脫氣處理不徹底帶來的缺陷，故而在油色譜跟蹤試驗中，不會出現(xiàn)氫氣和甲烷含量的較大增長，在氫氣和總烴含量沒有超標的情況下，就出現(xiàn)很大的乙炔含量。如果在色譜測試結(jié)果中氫氣和甲烷含量較小的情況下，就直接出現(xiàn)乙炔含量，這說明電流互感器很有可能出現(xiàn)了此類故障。
4 結(jié)語
電流互感器若發(fā)生事故，必將嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行，造成的損失和影響卻很大，故而技術(shù)監(jiān)督人員必須基于各種電流互感器的缺陷類型的原因分析和診斷方法，對電流互感器的缺陷開展卓有成效的監(jiān)督和跟蹤工作，以保證缺陷的在控、可控和電網(wǎng)的安全。從3 起油浸式電流互感器絕緣缺陷實例入手，就電流互感器的各種缺陷原因進行了綜合對比分析，以梳理清楚對油浸式電流互感器缺陷的分析思路，從而更好地開展對電流互感器缺陷的技術(shù)監(jiān)督工作。
［1］陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)［M］.北京:中國水利水電出版社，2009.
［2］陳化鋼.電力設(shè)備異常運行及事故處理［M］.北京:中國水利電力出版社，1999.
［3］國家電網(wǎng)人力資源部.電氣試驗［M］.北京:中國電力出版社，2010.
［4］楊香澤.變電檢修［M］.北京:中國電力出版社，2006.
［5］上海超高壓輸變電公司.變電設(shè)備檢修［M］.北京:中國電力出版社，2008.
［6］李建明，朱康.高壓電器設(shè)備試驗方法［M］.北京:中國電力出版社，2001.
［7］張利燕，郭猛，陳志勇，等.電流互感器故障診斷與分析［J］.變壓器，2011，48(11):57－59.
［8］楊洋，黃文龍，郭銳，等.一起罕見的電容式電流互感器缺陷的發(fā)現(xiàn)及分析［J］.電力電容器與無功補償，2012，33(01):84－87.
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油浸式電流互感器分為以下2種。
1)電磁式電流互感器。一次繞組一般采用“8”字型絕緣結(jié)構(gòu)，套在有二次繞組的環(huán)形鐵心上，一次繞組和鐵心都包有較厚的電纜紙。
2)電容式電流互感器。一次繞組一般采用10層以上同心圓形電容屏圍成“U”字形，主絕緣全部包在一次繞組上。為了提高主絕緣的強度，在絕緣中放置一定數(shù)量的同心圓筒形電容屏，各相鄰電屏間絕緣厚度彼此相等，且電容屏端部按照長度從里往外成臺階排列的原則制成，最外層電容屏接地，各電容屏間形成一個串聯(lián)的電容器組。各相鄰電容屏間在制造時電容相等，保證其電壓分布近于均勻。由于電容屏端部電場不均勻，在高電壓作用下，端部會產(chǎn)生局部放電，為了改善端部電場，通常在兩層電容屏間增放一些短屏或者放置均壓環(huán)。
目前，35 kV 及以上電流互感器多采用油浸式電流互感器。近年來，高壓油浸式電流互感器內(nèi)在絕緣缺陷引發(fā)的事故時有發(fā)生，引起開關(guān)跳閘、爆炸起火等事故。電流互感器雖小，但若發(fā)生事故，必將嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行，造成的損失和影響卻很大。從3 起油浸式電流互感器的缺陷實例入手，就電流互感器各種缺陷原因進行了綜合對比分析。
1 油浸式電流互感器缺陷實例
1.1 實例1
2010年9月，四川省電力公司超(特)高壓運檢公司在對某變電站的某35 kV 油浸式電流互感器進行年檢預(yù)試時，發(fā)現(xiàn)B 相介損嚴重超標。此故障相預(yù)試結(jié)果如表1。
表1 某35 kV 電流互感器故障相測試結(jié)果
進一步取油樣時還發(fā)現(xiàn)，開始放油的一瓶油樣底部有3 cm 深的水分，可以判斷故障相電流互感器絕緣嚴重受潮。
表2 某220 kV 電流互感器某相色譜測試結(jié)果［7］
1.2 實例2
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表3 某220 kV 電流互感器故障相介損測試結(jié)果［7］
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此兩臺故障TA，首檢時乙炔含量超過1 μL/L甚至超過5 μL/L 時，但同時甲烷含量卻只有幾個μL/L，氫氣含量只有幾十個μL/L，乙烷分量只有零點幾個μL/L，這個結(jié)果與一般的故障發(fā)展規(guī)律相違背［8］。而此兩只故障TA 的高壓試驗數(shù)據(jù)(包括介損及電容測得值)均未見異常。
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2)對于實例2 的缺陷［7］，由于生產(chǎn)過程中工藝不良，造成絕緣包繞松緊不均、絕緣紙有皺褶破損等缺陷，使得電流互感器在正常運行電壓下有一定的局部放電和過熱，逐漸造成從絕緣薄弱點開始的絕緣劣化。
3)對于實例3 的缺陷［8］，緯線全部采用尼龍絲，造成末屏匝與匝之間沒有可靠的金屬連接［8］，沒有形成一個整體的等電位體［8］，從而導(dǎo)致了電場畸變和局部放電，使依附在銅扁絲帶上的油膜分解，產(chǎn)生乙炔氣體。
3 不同缺陷原因的對比與討論
1)對密封不良導(dǎo)致受潮的缺陷，由于受潮會產(chǎn)生貫穿性放電通道，這會使得電流互感器的介損測試結(jié)果大大增大，因此可以通過狀態(tài)檢修例行試驗中的介損測試有效地發(fā)現(xiàn)此類缺陷。
2)對于絕緣制造工藝不良缺陷，在缺陷的初、中期甚至晚期，由于缺陷尚未發(fā)展成貫穿性放電通道，故而通過狀態(tài)檢修例行試驗中的介損及電容量測試一般不能有效地發(fā)現(xiàn)此類缺陷。一般而言，此種內(nèi)部故障的初、中期，油中氫氣、烴類氣體組分首先是氫氣快速增長，而在故障的晚期，油中氣體組分乙烯增長，并出現(xiàn)少量的乙炔［1－8］。在故障發(fā)展的初期，各種誘發(fā)條件導(dǎo)致絕緣層間微弱的局部放電，特征氣體為氫氣和甲烷，被層間油完全溶解;在故障發(fā)展的中期，絕緣層間局部放電導(dǎo)致氫氣產(chǎn)出量超出相對封閉區(qū)域油的溶解能力，氣泡放電出現(xiàn)，隨著超出油的溶解能力的游離氣體的增加，局部放電區(qū)域溫度升高，油被裂解聚合成X－蠟，局部放電次要氣體組分乙烷出現(xiàn);在故障發(fā)展晚期，故障區(qū)域附近出現(xiàn)持續(xù)的大范圍氣泡放電，絕緣油裂變成烴類氣體，組分中出現(xiàn)乙烯和乙炔，故障區(qū)域壓力持續(xù)增大，放電產(chǎn)生的特征氣體在壓力的作用下快速向外擴散，本體油中局部放電特征氣體每10 天增長一倍左右［1－8］。對于此類缺陷，可以通過油色譜試驗進行發(fā)現(xiàn)和跟蹤。在此類缺陷初期，雖然并沒有乙炔生成，但是氫氣或甲烷含量會有較大的增加。所以，即使沒有乙炔生成，但是氫氣和甲烷含量增加較多，也應(yīng)引起重視，可能是電流互感器處于此類缺陷的初期，需要加強對互感器的跟蹤。如果在跟蹤中發(fā)現(xiàn)，在氫氣和甲烷含量增加很多后，又出現(xiàn)一定的乙烷含量，則說明互感器已處于缺陷的中期;如果又出現(xiàn)乙炔分量，則說明互感器已處于缺陷的晚期。
3)對于實例3 的末屏銅編織帶的設(shè)計缺陷使得末屏沒有形成整體的等電位體的故障，同樣不能通過狀態(tài)檢修例行試驗中的介損測試結(jié)果有效地發(fā)現(xiàn)和診斷此類缺陷，同時由于這不是固體絕緣制造工藝不良或絕緣干燥、脫氣處理不徹底帶來的缺陷，故而在油色譜跟蹤試驗中，不會出現(xiàn)氫氣和甲烷含量的較大增長，在氫氣和總烴含量沒有超標的情況下，就出現(xiàn)很大的乙炔含量。如果在色譜測試結(jié)果中氫氣和甲烷含量較小的情況下，就直接出現(xiàn)乙炔含量，這說明電流互感器很有可能出現(xiàn)了此類故障。
4 結(jié)語
電流互感器若發(fā)生事故，必將嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行，造成的損失和影響卻很大，故而技術(shù)監(jiān)督人員必須基于各種電流互感器的缺陷類型的原因分析和診斷方法，對電流互感器的缺陷開展卓有成效的監(jiān)督和跟蹤工作，以保證缺陷的在控、可控和電網(wǎng)的安全。從3 起油浸式電流互感器絕緣缺陷實例入手，就電流互感器的各種缺陷原因進行了綜合對比分析，以梳理清楚對油浸式電流互感器缺陷的分析思路，從而更好地開展對電流互感器缺陷的技術(shù)監(jiān)督工作。
［1］陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)［M］.北京:中國水利水電出版社，2009.
［2］陳化鋼.電力設(shè)備異常運行及事故處理［M］.北京:中國水利電力出版社，1999.
［3］國家電網(wǎng)人力資源部.電氣試驗［M］.北京:中國電力出版社，2010.
［4］楊香澤.變電檢修［M］.北京:中國電力出版社，2006.
［5］上海超高壓輸變電公司.變電設(shè)備檢修［M］.北京:中國電力出版社，2008.
［6］李建明，朱康.高壓電器設(shè)備試驗方法［M］.北京:中國電力出版社，2001.
［7］張利燕，郭猛，陳志勇，等.電流互感器故障診斷與分析［J］.變壓器，2011，48(11):57－59.
［8］楊洋，黃文龍，郭銳，等.一起罕見的電容式電流互感器缺陷的發(fā)現(xiàn)及分析［J］.電力電容器與無功補償，2012，33(01):84－87.
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