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        220 kV電流互感器故障分析及處理措施

        2016-09-23 11:19:38黃偉東
        科技與創(chuàng)新 2016年16期

        黃偉東

        摘 要:電流互感器(簡稱“CT”)是電力系統(tǒng)中的重要元件,直接關系到電網(wǎng)的安全運行。對一起220 kV SF6電流互感器發(fā)生故障的原因進行了分析,并采取了處理措施,說明了常規(guī)絕緣試驗不能有效檢測出隱蔽性缺陷,需要開展紅外檢測和相對介質(zhì)損耗因數(shù)等項目,以確保電網(wǎng)安全。

        關鍵詞:SF6電流互感器;絕緣試驗;紅外檢測;介質(zhì)損耗

        中圖分類號:TM452 文獻標識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.147

        1 電流互感器故障情況

        1.1 情況簡介

        某電站選用中山市泰峰電氣有限公司生產(chǎn)的220 kV SF6電流互感器,型號為LVQB-220W2,2009-12出廠,2010-04投運。在一次日常巡視中,某變電站發(fā)現(xiàn)這臺220 kV SF6電流互感器的膨脹器異常升高,隨即將其退出運行,隔絕了事故隱患,避免事故擴大化。

        1.2 歷次絕緣試驗

        經(jīng)查閱該組電流互感器歷次的絕緣試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在C相故障發(fā)生前后各相的電容量變化不大。2013年以前,各相之間的介損較為接近。2015年,C相介損比上次增長約54%,但仍小于國網(wǎng)Q/GDW 1168—2013《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中的注意值0.7%. 故障后,C相介損略微增大,仍在標準注意值范圍內(nèi)。

        1.3 故障后的色譜數(shù)據(jù)

        GB/T 7252—2010《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中規(guī)定,對于220 kV電流互感器,乙炔小于等于1 μL/L(注意值),氫氣小于等于150 μL/L(注意值),總烴小于等于100 μL/L(注意值)。由故障后色譜試驗數(shù)據(jù)可知,C相各項數(shù)據(jù)遠超注意值。另外,B相的氫氣和總烴遠超注意值,乙炔與注意值接近,運行狀況、歷次絕緣試驗均未見異常。利用三比值分析法,B相、C相編碼均為110,判斷為低能放電,不同電位之間的火花放電。表1為電流互感器故障后的色譜試驗數(shù)據(jù)。

        2 電流互感器解體情況

        2.1 結(jié)構(gòu)分析

        經(jīng)解體后對其進行結(jié)構(gòu)分析,確定該電流互感器一次繞組為“U”形結(jié)構(gòu),采用油紙電容型絕緣,共有10個主屏,每個主屏由導電的電屏(鋁箔)和絕緣紙組成。為使內(nèi)層絕緣易于干燥,鋁箔上有均勻的小孔。其中,最內(nèi)層的電屏(又稱“零屏”)與一次繞組直接連接,“U”形結(jié)構(gòu)兩側(cè)的零屏有聯(lián)結(jié)線;最外層的電屏(又稱“末屏”“地屏”)通過編織銅帶引至二次端子箱后接地。為改善電場分布,在2個主屏端部之間設有較短的端屏。

        一次繞組底部穿有6支鐵芯,每支鐵芯外各繞有1組二次繞組。

        2.2 解體情況

        將C相電流互感器解體,發(fā)現(xiàn)絕緣油色澤良好,一次繞組串、并聯(lián)接線板未見異常,末屏接地未見異常。

        電容屏解體檢查,從第6屏開始至第4屏,出現(xiàn)區(qū)域?qū)挾燃s10 cm的X臘,絕緣紙發(fā)硬并有輕微褶皺,鋁箔上未見放電痕跡。“U”形一次繞組表面光滑,無毛刺及損傷。

        解體鐵芯,發(fā)現(xiàn)有部分硅鋼片絕緣損壞,出現(xiàn)過熱、局部放電現(xiàn)象。

        3 故障原因分析

        3.1 絕緣紙褶皺

        由于電容屏絕緣紙有褶皺部位,所以注油后絕緣層間空隙變成油隙。依據(jù)電場理論,復合絕緣中電場的分布與介電常數(shù)成反比。絕緣油的介電常數(shù)(約為2.2)比油紙絕緣(約為3.7)要小,而絕緣油的擊穿場強比油紙絕緣低得多。于是,在油紙絕緣中,在交流電壓作用下的油層為薄弱環(huán)節(jié)。油隙被擊穿后,絕緣油產(chǎn)生氣體。電容屏絕緣紙包扎緊密,屏間相對封閉,初始局部放電產(chǎn)生的氣體向周圍擴散有限,加之X臘進一步阻止氣體交換,氣體超出油的溶解能力后形成氣泡。氣體的介電常數(shù)更小(約為1),局部放電發(fā)展為故障區(qū)域大范圍的氣泡放電,油裂解產(chǎn)生大量氣體并析出,致使膨脹器異常升高。

        故障初期,局部放電區(qū)域小,產(chǎn)生的氣體少,低電壓介質(zhì)損耗試驗反應不明顯。

        故障晚期,局部放電快速發(fā)展。如果不能及時發(fā)現(xiàn),會因內(nèi)部壓力過高而發(fā)生爆炸。這個階段,故障區(qū)域有大量X臘析出、沉積,溫度升高,電流互感器表面出現(xiàn)明顯的溫差。

        3.2 鐵芯硅鋼片絕緣損壞

        鐵芯中硅鋼片的質(zhì)量不佳,鐵芯損耗大,使得運行時的溫度較高,硅鋼片表面的絕緣漆碳化,層間短路,導致鐵芯損耗進一步增大,溫度升高,形成惡性循環(huán)。在長期的運行過程中,絕緣油受熱分解、局部放電產(chǎn)生大量氫氣及部分烴類,使膨脹器異常升高。電容屏的環(huán)境相對封閉,油中溶解的氣體不易滲入,介質(zhì)損耗試驗反應不明顯。

        依據(jù)Q/GDW 1168—2013《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》對電流互感油中溶解氣體的分析試驗規(guī)定:制造商明確禁止取油樣時,宜作為診斷性試驗。實際運行中,電流互感器由于油量少、采用全封閉微正壓結(jié)構(gòu)等原因,廠家要求不用取油樣。而一次對末屏介損試驗,測量介質(zhì)損耗因數(shù)與電容量,末屏介損試驗測量末屏對二次、外殼的介質(zhì)損耗因數(shù)與電容量,它們主要針對整體受潮、劣化故障,不能有效地發(fā)現(xiàn)鐵芯過熱、局部放電導致的油分解缺陷,以及電容屏初期缺陷。這就埋下了一定的安全隱患。

        4 電流互感器常見故障分析及處理

        由上述案例分析可知,現(xiàn)有的常規(guī)絕緣試驗不能有效、靈敏地發(fā)現(xiàn)某些初期的局部放電缺陷;油色譜試驗雖可發(fā)現(xiàn)早期缺陷,但由于微正壓的結(jié)構(gòu)等原因不易開展。因此,電流互感器的安全運行存在隱患。

        4.1 異常運行的處理

        運行中的電流互感器可能出現(xiàn)開路、發(fā)熱、冒煙、聲響異常、繞組螺栓松動等異?,F(xiàn)象。運行人員應根據(jù)出現(xiàn)的異常情況判斷處理。比如用試溫蠟片檢查電流互感器的發(fā)熱程度,從聲音和表計指示情況辨別電流互感器的二次回路是否為開路。開路時,電流表指示為零,電能表不轉(zhuǎn)、有“嗡嗡”聲,電流互感器本身有“吱吱”的放電聲音或異音,端子排可能燒焦。如果發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象,即認為電流互感器二次回路有開路故障。運行中的電流互感器出現(xiàn)上述故障之一者,應立即退出運行。

        4.2 運行中聲音不正?;蜩F芯過熱的處理

        4.2.1 運行中聲音不正?;蜩F芯過熱的原因

        運行中的電流互感器在過負荷、二次回路開路、絕緣損壞而發(fā)出的放電等情況下,都會產(chǎn)生異常聲音;對于半導體漆涂刷的不均勻造成局部電暈,以及夾緊鐵芯的螺栓松動,也會產(chǎn)生較大的聲音;電流互感器鐵芯過熱,可能是由于長時間過負荷或二次回路開路引起鐵芯飽和而造成的。

        4.2.2 處理措施

        在運行中,當發(fā)現(xiàn)聲音不正?;蜩F芯過熱時,首先應觀察并通過儀表等來判斷引起故障的原因。如果是過負荷造成的,應將負荷降低到額定負載下,并繼續(xù)監(jiān)視和觀察;如果是二次回路開路引起的,應立即停止運行或?qū)⒇摵山档阶畹拖薅?;如果是絕緣破壞造成的放電現(xiàn)象,應及時更換電流互感器。

        4.3 二次回路開路處理

        4.3.1 二次回路開路的故障現(xiàn)象

        由于鐵芯中磁通飽和,在二次側(cè)可能產(chǎn)生高壓(數(shù)千伏至上萬伏),在二次回路開路點可能有放電現(xiàn)象,出現(xiàn)放電火花及放電聲;鐵芯可能因磁通飽和引起損耗增加而發(fā)熱,使絕緣材料產(chǎn)生異味,并有異常聲音;過電流互感器二次側(cè)相連接的電流表指示可能搖擺不定或無指示,電能表轉(zhuǎn)速可能出現(xiàn)異常。

        4.3.2 處理措施

        在運行中,如果發(fā)現(xiàn)電流互感器二次側(cè)開路,應盡可能及時停電處理。如果不允許停電,應盡量降低一次負載電流,然后在保證人體與帶電體保持安全距離的情況下,用絕緣工具在開路點前用短路線將電流互感器二次回路短路,再將故障排除,最后將短路線拆除。在操作過程中,要有人監(jiān)護,注意人身安全。

        5 結(jié)束語

        總之,電流互感器承擔著對一次設備運行情況進行監(jiān)視、測量和保護的重要任務。如果嚴重損壞,會造成誤動、拒動,甚至引發(fā)停電。因此對于互感器的故障,應予以必要的重視,對故障現(xiàn)象、原因進行深入分析,并采取相應的處理措施,及時采取技術手段進行監(jiān)測、分析,及時消除事故隱患,避免同類事故再次發(fā)生,以保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

        參考文獻

        [1]王海濱,劉忠順,于豐友.220 kV電流互感器故障分析及防范措施[J].變電檢修技術,2012(01).

        [2]羅悅.淺談220 kV電流互感器的故障分析與處理[J].科技展望,2014(18).

        〔編輯:劉曉芳〕

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