孟 毅，嚴(yán) 濤，彭 軍

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力公司武漢供電公司，湖北 武漢 430050；3.國網(wǎng)湖北省電力公司恩施供電公司，湖北 恩施 445000）

0 引言

電力系統(tǒng)用互感器包括電流互感器、電壓互感器和電流電壓組合式互感器。電力互感器能將高電壓變成低電壓、大電流變成小電流，用于測(cè)控、計(jì)量和保護(hù)系統(tǒng)。其功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓（通常為100 V、100 V/√3和100 V/3）或標(biāo)準(zhǔn)小電流（通常為5 A、1 A），以便實(shí)現(xiàn)測(cè)控、保護(hù)、計(jì)量設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。高壓電力互感器在電力系統(tǒng)得到了大量裝用[1-2]，以湖北電網(wǎng)為例，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2015年年底，國網(wǎng)湖北省電力公司系統(tǒng)共裝用110（66）kV及以上電壓等級(jí)各類獨(dú)立電流互感器（不包括套管互感器、GIS型互感器）18091臺(tái)，共裝用110（66）kV及以上電壓等級(jí)各類獨(dú)立電壓互感器（不包括GIS型互感器）8280臺(tái)。隨著近年電力互感器設(shè)計(jì)、制造水平的提高，電力互感器的質(zhì)量水平得到了很大提高，統(tǒng)計(jì)電力互感器的缺陷、故障發(fā)生率呈下降趨勢(shì)。但是對(duì)一些運(yùn)行年限較長(zhǎng)的老舊電力互感器，缺陷故障仍時(shí)有發(fā)生；對(duì)少數(shù)型號(hào)批次電力互感器，發(fā)生家族性缺陷。運(yùn)行中電力設(shè)備缺陷一般可分為危急、嚴(yán)重及一般缺陷三類，高壓電力互感器發(fā)生危急、嚴(yán)重缺陷和設(shè)備故障時(shí)，尤其是110（66）kV及以上電壓等級(jí)互感器，由于電壓等級(jí)高，應(yīng)用于主網(wǎng)，其缺陷和故障不僅影響一次設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行，更可能對(duì)保護(hù)、計(jì)量、測(cè)控等二次系統(tǒng)造成嚴(yán)重安全影響，嚴(yán)重影響系統(tǒng)整體安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 高壓電力互感器常見危急、嚴(yán)重缺陷分析

運(yùn)行中110（66）kV及以上電壓等級(jí)高壓電流互感器的常見危急、嚴(yán)重缺陷有滲漏油、接頭發(fā)熱、SF6氣體泄露、油中溶解氣體超標(biāo)、二次缺陷等。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，國網(wǎng)湖北省電力公司系統(tǒng)2015年、2016年110（66）kV及以上電流互感器共發(fā)現(xiàn)缺陷254臺(tái)次，缺陷發(fā)生率為0.702次/百臺(tái)·年，其中危急、嚴(yán)重缺陷72臺(tái)次，危急、嚴(yán)重缺陷按缺陷類型分如圖1所示。

圖1 電流互感器危急、嚴(yán)重缺陷類型統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of critical and serious defect types of current transformer

電流互感器危急、嚴(yán)重缺陷中，漏油缺陷最多，漏油部位主要是油浸式電流互感器二次端子盒、底座結(jié)合面、一次接線端子、放油閥等部位，一般通過增加或更換螺母墊片、緊固結(jié)合面螺栓、更換密封圈后可消除缺陷，少數(shù)無法修復(fù)的需整體更換；其次是接頭發(fā)熱，發(fā)熱部位主要為一次接線板、線夾，一般通過打磨接觸面、緊固連接螺栓后可消除缺陷，少數(shù)為內(nèi)部接頭發(fā)熱，需返廠大修或整體更換；對(duì)SF6氣體泄漏、氣體壓力低告警等缺陷，通常經(jīng)補(bǔ)氣后可消除缺陷，對(duì)泄漏嚴(yán)重且無法現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)漏點(diǎn)的需返廠大修或整體更換；對(duì)絕緣缺陷，如絕緣電阻、介質(zhì)損耗試驗(yàn)嚴(yán)重不合格，以及油中溶解氣體嚴(yán)重超標(biāo)的，一般需整體更換。

根據(jù)反事故措施要求，運(yùn)行中敞開式變電站110（66）kV及以上電壓等級(jí)高壓電壓互感器一般采用電容式電壓互感器，電容式電壓互感器由于制造工藝良好，絕緣裕度大，缺陷發(fā)生率低。電容式電壓互感器常見危急、嚴(yán)重缺陷有絕緣缺陷、電容分壓器滲漏油、本體溫升異常、二次缺陷等。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，國網(wǎng)湖北省電力公司系統(tǒng)2015年、2016年110（66）kV及以上電壓互感器共發(fā)現(xiàn)缺陷44臺(tái)次，缺陷發(fā)生率為0.266次/百臺(tái)·年，其中危急、嚴(yán)重缺陷10臺(tái)次，危急、嚴(yán)重缺陷按缺陷類型分如圖2所示。

圖2 電容式電壓互感器危急、嚴(yán)重缺陷類型統(tǒng)計(jì)Fig.2 Statistics of critical and serious defect types of capacitor voltage transformer

電容分壓器絕緣缺陷包括電容分壓器介質(zhì)損耗與電容量試驗(yàn)不合格等；本體溫升異常主要為電容分壓器、電磁單元等部位溫度異常升高，一般屬電壓致熱型缺陷；電容分壓器滲漏油部位主要為法蘭結(jié)合面、瓷套，電容分壓器內(nèi)電容器油量少，發(fā)生滲漏油時(shí)繼續(xù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)很大。鑒于檢修條件及經(jīng)濟(jì)性考慮，對(duì)上述幾類危急、嚴(yán)重缺陷，現(xiàn)場(chǎng)一般不開展大修，而是將電壓互感器整體更換。

2 高壓電力互感器典型故障及防范措施

2.1 油浸正立式電流互感器末屏接地線斷裂故障

2015年10月，戶外某220 kV油浸正立式電流互感器運(yùn)行中出現(xiàn)火苗，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)后立即申請(qǐng)停電，停電后火勢(shì)仍蔓延，該電流互感器徹底燒毀。檢查發(fā)現(xiàn)該電流互感器末屏接地線斷裂，末屏及二次端子盒等部位有明顯油污及放電燒損痕跡，末屏引出小套管有明顯裂痕，如圖3所示。

圖3 末屏小套管表面開裂Fig.3 Cracked surface of the end shield bushing

該電流互感器末屏接地線采用的是多股編織銅線，長(zhǎng)期直接暴露于大氣之中，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因氧化腐蝕嚴(yán)重而斷裂，造成電流互感器末屏電位懸浮[3-4]，對(duì)地放電，使得末屏引出小套管及密封件損壞，導(dǎo)致互感器漏油并燒損。

對(duì)末屏接地線斷裂故障，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行防止電流互感器事故措施。落實(shí)電流互感器末屏接地檢測(cè)、檢修及運(yùn)行維護(hù)管理，對(duì)結(jié)構(gòu)不合理、截面偏小、強(qiáng)度不夠、材質(zhì)嚴(yán)重銹蝕的末屏應(yīng)進(jìn)行改造。加強(qiáng)對(duì)末屏接地線巡視檢查，發(fā)現(xiàn)接地線銹蝕、損傷等應(yīng)及時(shí)處理，試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)檢查確認(rèn)末屏接地是否良好。將電流互感器末屏多股編織銅線接地方式逐步改為粗銅線壓接方式，戶外運(yùn)行超過10 a的末屏接地銅線可直接更換。

2.2 油浸式電流互感器油中溶解氣體超標(biāo)故障

2015年3月，某220 kV油浸正立式電流互感器油中溶解氣體分析試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)乙炔、氫氣、總烴含量超出注意值，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 油中溶解氣體分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Gases dissolved in oil of the current transformer

對(duì)該電流互感器解體檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部一組一次接頭松動(dòng)，連接板、螺母、墊片有明顯的高溫?zé)g及放電痕跡，如圖4所示。

圖4 內(nèi)部接頭螺母及墊片高溫?zé)g及放電痕跡Fig.4 High temperature ablation and discharge marks of the screw cap and gaskets of the internal joint

電容量及介質(zhì)損耗試驗(yàn)合格，內(nèi)部器身未見明顯異常，據(jù)此分析判斷主絕緣正常。利用三比值法進(jìn)行分析，故障類型為高溫過熱。該電流互感器安裝于主變壓器高壓側(cè)，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，內(nèi)部接頭出現(xiàn)松動(dòng)，電氣連接不良，接頭處發(fā)生高溫過熱兼放電，使絕緣油分解產(chǎn)生乙炔、其他烴類等故障特征氣體[5-6]。

對(duì)此類內(nèi)部接頭發(fā)熱導(dǎo)致的油中溶解氣體超標(biāo)故障，在電流互感器出廠與交接試驗(yàn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行一次繞組直流電阻試驗(yàn)與比對(duì)，嚴(yán)格落實(shí)反事故措施，當(dāng)紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)電流互感器接頭溫升異常時(shí)，應(yīng)對(duì)接頭多方位并選取合適角度分別進(jìn)行精確測(cè)溫，確定具體發(fā)熱部位，準(zhǔn)確對(duì)缺陷進(jìn)行定性，及時(shí)處理。

2.3 電容式電壓互感器二次電壓異常故障

2014年10月，某220 kV電容式電壓互感器三相電壓差達(dá)2.6 kV，停電試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)下節(jié)電容分壓器高壓電容C12的電容量與上次測(cè)試值相差5.4%，介質(zhì)損耗值達(dá)到0.0078，初步判斷C12有元件損壞。該電容式電壓互感器高壓電容C1共有元件150只，中壓電容C2共有元件28只，估算C12擊穿元件數(shù)量約為3只。解體檢查發(fā)現(xiàn)下節(jié)電容分壓器高壓電容C12共有3只元件擊穿，擊穿點(diǎn)全部位于元件引線片邊緣處，如圖5所示。

圖5 電容元件擊穿痕跡Fig.5 Breakdown marks of the capacitor element

電容元件極板銅引線片的制造采用沖壓的方式，銅引線片邊緣容易產(chǎn)生毛刺，需進(jìn)行清理，如毛刺清理不徹底，毛刺會(huì)發(fā)生低能局部發(fā)電，在電場(chǎng)和熱效應(yīng)的長(zhǎng)期作用下導(dǎo)致元件擊穿。

由于運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓異常，避免了故障擴(kuò)大。在電壓互感器運(yùn)行過程中，二次電壓是判斷電壓互感器狀態(tài)的一個(gè)重要狀態(tài)量[7-8]，導(dǎo)致二次電壓異常的原因通常有電容分壓器元件擊穿、電磁單元部件損壞、二次回路故障等。對(duì)該類電容式電壓互感器，排除系統(tǒng)電壓變化，當(dāng)其一定時(shí)間的連續(xù)電壓讀數(shù)與本站同一電壓等級(jí)其他電壓互感器相差2%以上時(shí)，一般判斷電容分壓器元件存在偶發(fā)性故障，剩余完好元件仍可以承受長(zhǎng)期運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)電壓監(jiān)測(cè)與紅外測(cè)溫，制定停電檢修計(jì)劃；相差8%以上時(shí)，剩余完好元件僅可以短期運(yùn)行，或存在電磁單元部件損壞、二次回路故障等，應(yīng)盡快停電檢修。

2.4 電容式電壓互感器爆炸事故

2013年7月，某220 kV線路電容式電壓互感器運(yùn)行中發(fā)生爆炸，線路跳閘，爆炸飛濺物將相鄰斷路器、電流互感器瓷套、隔離開關(guān)支柱絕緣子等擊傷。上下兩節(jié)分壓器完全炸毀，下節(jié)分壓器的上法蘭引線片金屬螺絲有燒熔痕跡，分析為大電流放電所致。

解剖電容元件發(fā)現(xiàn)，所有元件引線片側(cè)全部燒黑，如圖6所示，推斷瓷套內(nèi)部放電發(fā)生在瓷套內(nèi)芯子外側(cè)（即引線片側(cè)）。判斷電容分壓器爆炸是由于引線片與元件接觸不良造成的。串聯(lián)連接的引線片接觸不良，接觸不良點(diǎn)出現(xiàn)間歇性放電，使擊穿點(diǎn)不斷擴(kuò)大，造成元件介質(zhì)劣化、電容器油劣化，最終造成整節(jié)電容分壓器的爆炸。

圖6 燒蝕的電容元件Fig.6 Ablated capacitor element

對(duì)此類電容式電壓互感器爆炸故障，在電容元件制造過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)引線片的檢查，引線片表面應(yīng)光滑、潔凈、表面無毛刺；在電容元件裝配過程中，嚴(yán)格控制元件裝配工藝與壓緊力度，確保引線片與元件接觸良好；電壓互感器開展紅外測(cè)溫時(shí)，要高度重視本體尤其是分壓電容器的檢測(cè)，由于電壓互感器屬電壓致熱效應(yīng)設(shè)備，宜用允許溫升或同類允許溫差來判斷運(yùn)行狀態(tài)。此外，對(duì)二次繞組未接保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量回路的線路電容式電壓互感器，由于現(xiàn)場(chǎng)無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其二次電壓，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，具備條件時(shí)將二次電壓測(cè)試列入帶電檢測(cè)項(xiàng)目。

3 結(jié)語

電力互感器應(yīng)用于電力系統(tǒng)各個(gè)電壓等級(jí)。110(66)kV及以上電壓等級(jí)普遍采用油浸式或SF6氣體絕緣式互感器，其重要性更加突出，制造廠家數(shù)量相對(duì)較少，對(duì)質(zhì)量管控也更為重視，隨著制造、工藝水平的提高、運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)紅外測(cè)溫技術(shù)的普遍應(yīng)用，以及各類帶電檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用，其缺陷、故障率呈下降趨勢(shì)，或可將部分缺陷、故障發(fā)現(xiàn)于早期，從而避免了重大事故的發(fā)生。盡管如此，由于設(shè)計(jì)、制造工藝或材質(zhì)問題，或受制于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段，高壓電力互感器重大缺陷、故障仍無法避免，時(shí)有發(fā)生。對(duì)高壓電力互感器缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)重大典型故障深入分析，提出防范措施，并將其落實(shí)到互感器驗(yàn)收、運(yùn)維、檢測(cè)、評(píng)價(jià)、檢修各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)進(jìn)一步提高互感器運(yùn)行水平具有非常重要的作用。

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