錢國(guó)超，鄒德旭，馬儀，顏冰，周駿，周仿榮，黃禾

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217;2.云南電網(wǎng)有限責(zé)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(jìn)出線上，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電能計(jì)量及二次系統(tǒng)對(duì)一次設(shè)備的監(jiān)測(cè)與保護(hù)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(duì)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(jì)合理、生產(chǎn)工藝良好及運(yùn)行穩(wěn)定的設(shè)備，制定切實(shí)有效的運(yùn)行維護(hù)手段增強(qiáng)電流互感器運(yùn)行可靠性，減少設(shè)備缺陷或故障發(fā)生幾率，對(duì)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性至關(guān)重要［1－4］。本文在對(duì)倒立少油電流互感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及典型缺陷進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)設(shè)計(jì)制造及電網(wǎng)企業(yè)的運(yùn)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(diǎn)

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(qiáng)［2－8］等特點(diǎn)。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(diǎn)

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(jì)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(duì)電屏連同絕緣層構(gòu)成一個(gè)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(lái)設(shè)計(jì)，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(hào):LVB－220W3)運(yùn)行中爆炸起火，檢查發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)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(chǔ)油柜殼之間焊縫開裂，產(chǎn)品底腳開裂;過(guò)渡件螺栓脫落;裂開的上儲(chǔ)油柜上半部分內(nèi)表面P2 側(cè)靠頂部有放電燒蝕點(diǎn)，鐵心罩殼破裂呈多塊狀，上儲(chǔ)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(chǎng)分布情況綜合分析，引起該互感器故障的原因?yàn)槊芊馊嗔殉霈F(xiàn)滲漏油造成;并且根據(jù)擊穿點(diǎn)位于頭部?jī)蓚?cè)圓弧的高場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)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(hào):LVB－220W2)在例行色譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)乙炔含量達(dá)到153 μL/L。電氣試驗(yàn)10 kV 下介損小于0.3%，但加壓到30 kV 時(shí)，數(shù)據(jù)異常，無(wú)法讀數(shù);局部放電當(dāng)加壓到153 kV 時(shí)，放電量達(dá)到10 000 pC 以上(標(biāo)準(zhǔn):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(gè)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(wú)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?yàn)?引線管、電容屏和絕緣紙的膨脹系數(shù)不同，在干燥過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，造成電容屏開裂;在工廠內(nèi)或運(yùn)輸中，吊裝和運(yùn)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(yùn)行過(guò)程金屬膨脹器鼓起(型號(hào):LVB－220W3)，對(duì)該電流互感器開展電氣試驗(yàn)，結(jié)果無(wú)異常，色譜分析發(fā)現(xiàn)氫氣、總烴嚴(yán)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(wú)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(bǔ)油過(guò)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(yùn)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(diǎn)及生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合運(yùn)行過(guò)程發(fā)生的典型缺陷及其原因分析，在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)絕緣包扎、干燥、真空注油及產(chǎn)品臥倒運(yùn)輸時(shí)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(gè)絕緣層，為保證電壓在電屏之間均勻分布，應(yīng)使每對(duì)電屏間電容量基本相同，通常按照等厚絕緣設(shè)計(jì)，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(shí)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(jì)、生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)，必須加強(qiáng)控制，通過(guò)合理設(shè)計(jì)包扎工藝，加強(qiáng)包繞過(guò)程質(zhì)量管控，降低手工包繞帶來(lái)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(qiáng)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(guò)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(shí)間三個(gè)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(gè)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(gè)別電容屏承受較高的場(chǎng)強(qiáng)，出現(xiàn)嚴(yán)重電暈或較強(qiáng)的局部放電，局部放電過(guò)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(shí)，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(dá)到指定真空度并保持規(guī)定時(shí)間后，從底部向器身注油，注油全過(guò)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(jìn)而降低局放發(fā)生的概率。

3.4 運(yùn)輸環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

220 kV 及以上電壓等級(jí)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(yùn)輸。在該種運(yùn)輸方式下，互感器器身重量由頭部及底座承擔(dān)。

目前，解決倒立少油電流互感器運(yùn)輸過(guò)程中頭部支撐問(wèn)題主要通過(guò)互感器二次繞組器身與儲(chǔ)油柜仿形設(shè)計(jì)，以及對(duì)二次繞組器身與儲(chǔ)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(chǔ)油柜仿形設(shè)計(jì)通過(guò)控制二次繞組器身的尺寸，并將儲(chǔ)油柜的形狀設(shè)計(jì)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(yùn)輸時(shí)儲(chǔ)油柜對(duì)二次繞組器身的支撐面;同時(shí)通過(guò)二者的尺寸匹配限制了二次繞組器身在儲(chǔ)油柜中的移動(dòng)，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(yùn)行時(shí)內(nèi)部需保持微正壓，運(yùn)行時(shí)潮氣防止進(jìn)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(duì)絕緣系統(tǒng)造成一定危害，目前互感器制造廠一般都通過(guò)將頭部原有儲(chǔ)油柜上下兩部分焊接成一體的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，取消密封圈，或在儲(chǔ)油柜上下部分密封面采用雙道密封圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來(lái)有效保證密封性能，同時(shí)在互感器抽真空注油時(shí)，加強(qiáng)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(yùn)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(yùn)行溫度下補(bǔ)償油位變化，若互感器配置的膨脹器油量不足以補(bǔ)充由于溫度變化所需油量，在溫度驟降時(shí)，絕緣油收縮、油位偏低，器身出現(xiàn)負(fù)壓，密封面破壞，潮氣會(huì)侵入造成主絕緣擊穿或最低油位頭部位置的絕緣場(chǎng)強(qiáng)就會(huì)發(fā)生改變引起低能量局放。因此綜合互感器的運(yùn)行環(huán)境及溫升選配合適的金屬膨脹器對(duì)于保障倒置電流互感器的安全運(yùn)行具有重要的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(chǎng)強(qiáng)度不均、局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)大、漏油及補(bǔ)油措施不當(dāng)?shù)纫蛩匾鸬闹鹘^緣擊穿和金屬膨脹器冒頂以及運(yùn)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(shí)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(yùn)行，生產(chǎn)設(shè)計(jì)制造企業(yè)及電網(wǎng)運(yùn)維企業(yè)應(yīng)根據(jù)故障形式及原因從生產(chǎn)及設(shè)計(jì)的各個(gè)關(guān)鍵工藝接點(diǎn)采取有效控制措施，防止缺陷或事故等情況發(fā)生。

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