李 培，王理強，郭祥雄，李宏博，郭良峰

（1.國家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟南 250002；2.國網(wǎng)湖北武漢供電公司，湖北 武漢 430056）

0 引言

電流互感器是電力系統(tǒng)電能計量、繼電保護、故障診斷與監(jiān)測分析的重要組成部分，其測量精度、運行可靠性是實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的前提。電流互感器發(fā)生故障往往會引起大面積停電，一旦爆炸會造成災(zāi)難性后果。因此關(guān)注電流互感器的運行情況，加強對電流互感器的技術(shù)監(jiān)督十分重要［1-2］。

目前電力系統(tǒng)中110 kV及以上電壓等級廣泛應(yīng)用的是油浸式電容型電流互感器。電容型電流互感器的故障主要是根據(jù)QGDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》、GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》、《變電檢測通用管理規(guī)定》等相關(guān)要求進(jìn)行診斷的。測試技術(shù)包括油色譜分析，絕緣測試等。隨著狀態(tài)檢測技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用，紅外測溫、超聲波、超高頻等技術(shù)為電流互感器等電力設(shè)備的故障診斷提供了新的思路與方法。

本文對一起末屏失地引起的電容型電流互感器爆炸事故進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的整改措施，為電流互感器的運行維護提供參考。

1 電容型電流互感器常見故障

電容型電流互感器常見故障主要包括以下幾種［3］：

1）一次回路故障。主要為一次回路內(nèi)樁頭或外樁頭接觸不良導(dǎo)致，這兩類接觸不良的主要特征是一次回路直流電阻超標(biāo)。

2）電流互感器進(jìn)水受潮。電流互感器在運行中，油箱銹蝕、密封圈老化或金屬膨脹器受損等會造成空氣中的水分進(jìn)入電流互感器，引起電流互感器受潮。此類故障的主要特征是色譜分析為放電性故障，微水超標(biāo)，一次繞組對末屏和地的介質(zhì)損耗（以下簡稱“介損”）及其絕緣電阻超標(biāo)。

3）電容屏干燥不徹底。在電流互感器的生產(chǎn)過程中，絕緣紙受潮、絕緣紙繞制車間濕度大等會造成電容屏受潮。此類故障的主要特征為色譜、微水分析正常，但一次繞組對末屏及地的介損超標(biāo)。

4）電容芯子內(nèi)局部放電。絕緣層松散、有皺褶、浸油不完全導(dǎo)致絕緣間有氣泡，或者設(shè)備內(nèi)部存在金屬異物及雜質(zhì)，會引起局部放電［4］。此類故障的主要特征是色譜分析為放電性故障，一次繞組對末屏及地的介損超標(biāo)。

5）末屏不穩(wěn)定接地。末屏與電容屏間的主電容串聯(lián)，起到分壓作用。當(dāng)末屏的接地引線斷開時，會產(chǎn)生懸浮的高電位。此類故障的主要特征是色譜分析為放電性故障，末屏絕緣電阻、一次繞組對末屏及地的介損超標(biāo)［5］。

6）內(nèi)部零屏引線與零屏斷裂。內(nèi)部零屏引線與零屏斷裂會使一次繞組與零屏分離［6］。此類故障的主要特征是色譜分析為放電性故障、一次繞組對末屏的主電容相對出廠數(shù)據(jù)降低，其余指標(biāo)正常。

2 事故概況

2021年10月，某變電站110 kV河04斷路器C相電流互感器故障，該變電站一次系統(tǒng)圖如圖1所示。電流互感器發(fā)生爆燃，瓷瓶炸飛，碎片散落在現(xiàn)場。相鄰A相電流互感器表面附著燃燒粉塵，造成相間短路。同間隔B相電流互感器嚴(yán)重漏油，斷路器C相頂部斷裂，041隔離開關(guān)C相、046隔離開關(guān)B相和C相支柱瓷瓶受損，如圖2所示；相鄰間隔河06斷路器C相瓷瓶受損，河03斷路器B相電流互感器瓷瓶受損，032隔離開關(guān)B相瓷瓶受損，如圖3所示。

圖1 一次系統(tǒng)圖

圖2 046隔離開關(guān)和041隔離開關(guān)瓷瓶損壞情況

圖3 河03間隔和河06間隔相關(guān)設(shè)備瓷瓶損壞情況

3 現(xiàn)場檢查情況

3.1 設(shè)備解體情況

對故障的C相電流互感器進(jìn)行放油，進(jìn)一步解體檢查。檢查二次接線端板，端板正面所有端子接線完好，如圖4所示。端板反面繞組的端子接線完好，但是末屏引出線與接地端斷開，如圖5所示。

圖4 接線端板正面末屏接線

圖5 接線端板反面末屏接線

一次導(dǎo)電桿C2側(cè)距頂部接線板0.54 m處存在明顯電流灼燒痕跡，P2、C2在油箱上部附近絕緣已全部燒毀，故障點位于C2側(cè)2號主屏（共6屏），放電點如圖6所示。下部油箱內(nèi)壁存在少量放電飛濺痕跡，油箱破裂方向朝外側(cè)，如圖7所示。

圖6 燒損放電點

圖7 油箱破損及放電飛濺痕跡

電流互感器一次導(dǎo)電桿C2側(cè)2號主屏存在明顯放電痕跡、下部油箱內(nèi)壁均存在少量放電飛濺痕跡，初步判斷放電起始點為C2側(cè)2號主屏，接地點為末屏，主絕緣劣化發(fā)生貫穿絕緣擊穿。

3.2 保護裝置動作情況

結(jié)合變電站故障錄波信息進(jìn)行分析，本次故障包含3個階段。

1）第一階段C相電流互感器故障。河04斷路器C相電流互感器一次導(dǎo)電桿底部發(fā)生單相接地短路，短路電流約為8.4 kA。最初故障點在線路保護區(qū)內(nèi)及母線保護區(qū)內(nèi)，且斷路器在分位，母線電壓正常，母差保護受電壓閉鎖，沒有動作。

2）第二階段B相和C相電流互感器故障。河04斷路器C相電流互感器爆燃產(chǎn)生的火球、煙塵導(dǎo)致B相電流互感器電弧放電。當(dāng)電弧發(fā)展至母線側(cè)，母線電壓異常，母差保護復(fù)壓開放，110 kVⅡ母線差動保護動作跳閘。

3）第三階段A相、B相和C相電流互感器故障。河04斷路器C相電流互感器爆燃產(chǎn)生的火球、煙塵擴散導(dǎo)致三相形成電弧放電，該故障點超出清河23線路距離Ⅰ段保護范圍，在距離Ⅱ段保護范圍內(nèi)，相間距離Ⅱ段動作時限為1.1 s，因故障相別存在轉(zhuǎn)換，保護動作時間從最后一次故障轉(zhuǎn)換開始計算，1.127 s后清河23線路相間距離Ⅱ段保護動作跳對側(cè)變電站清23斷路器。

4 事故原因分析

故障電流互感器為電容型電流互感器，在電流互感器一次繞組的U形導(dǎo)電桿上纏繞著許多絕緣層。根據(jù)場強分布特點，其間夾有很多張鋁箔，組成一串同心圓柱形電容器。最外層一張鋁箔相當(dāng)于一個極板，通過中間法蘭的小套管引出，供測量電容套管的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量用。需要時可以利用末屏對電流互感器進(jìn)行局部放電測試。在電流互感器正常運行時，末屏必須可靠接地。如果末屏不接地，電容屏不能起均壓作用，在一次側(cè)通有大電流后，將導(dǎo)致電流互感器末屏電位升高，產(chǎn)生高電壓，燒毀電流互感器。

2021年9月27日設(shè)備巡視時，油位正常，且故障時天氣良好，環(huán)境溫度為36℃，排除電流互感器缺油的原因。電流互感器二次端子連接線正常，排除二次繞組開路的原因。故障錄波圖顯示故障時無過電壓、外部短路等不良工況，且電流互感器未帶負(fù)載，排除過電壓、過電流的原因。電流互感器頂部三通閥、油箱法蘭面密封良好，排除受潮的原因。在排除其他可能的因素后，根據(jù)二次接線端板反面末屏接線斷裂的情況，分析認(rèn)為河04斷路器C相電流互感器出廠時油箱內(nèi)部末屏連接未完全緊固，長期運行中產(chǎn)生松動，發(fā)展成為間隙放電，導(dǎo)致電流互感器內(nèi)部電位震蕩，原有的電場分布不均，最終導(dǎo)電桿C2側(cè)2號主屏絕緣擊穿放電，絕緣油迅速裂解，引起爆炸起火［7］。

油浸式電流互感器電容分壓原理圖如圖8所示，電流互感器運行時，末屏接地，即A點接地。當(dāng)末屏接地點斷開時，如圖9所示。

圖8 油浸式電流互感器電容分壓原理圖

圖9 油浸式電流互感器末屏接地斷開

根據(jù)電容分壓原理，末屏接地點A的電壓為：

由于C1+C2+C3+…Cn遠(yuǎn)大于Cx，因此：

可見，當(dāng)末屏接地點斷開時，末屏電壓接近于電流互感器運行電壓。本次故障中，末屏接地電壓接近于110 kV，造成了主屏絕緣擊穿放電，絕緣油迅速裂解，引起爆炸起火。

5 整改措施

該油浸式電流互感器末屏引出線與接地端斷開是造成本次故障的根本原因。針對此類電流互感器故障，建議采取以下整改措施：

1）加強對電流互感器末屏接地的檢測、檢修及運行維護管理。

2）排查同批次油浸式電流互感器的隱患，進(jìn)行油色譜試驗、微水試驗和紅外測溫，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

3）優(yōu)化電流互感器設(shè)備選型工作，新建工程和改造工程，優(yōu)先采用GIS（Gas Insulated Switchgear，簡稱 GIS）或 HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear，簡稱HGIS），采用敞開式設(shè)備時不選用油浸式電流互感器。

4）試點開展油浸式電流互感器在線監(jiān)測。對油浸式電流互感器進(jìn)行相對介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量比值檢測，安裝在線測量裝置，監(jiān)測其運行狀態(tài)；開展油浸式電流互感器帶電檢測工作，加強紅外測溫、油氣跟蹤等帶電檢測和巡視工作，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患［8］。

5）加強電流互感器的隱蔽環(huán)節(jié)及關(guān)鍵點裝配工藝的驗收，從源頭加強管控，提高設(shè)備質(zhì)量。

6 結(jié)語

為避免電容式電流互感器末屏失地造成的設(shè)備爆炸事故，綜合運用紅外測溫、帶電檢測、在線監(jiān)測等方法加強對電流互感器的運行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)其缺陷。電容式電流互感器狀態(tài)異常時，應(yīng)進(jìn)行停電試驗，排除異常，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。