邢小琛，徐 鑫，李 晶，王紅全，程 剛

（烏蘭察布供電公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

0 引言

電流互感器是電力系統(tǒng)中常用的電力測量設(shè)備，廣泛應(yīng)用于繼電保護(hù)、電能計(jì)量等方面，其測量精度、運(yùn)行可靠性是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提［1］。220 kV 電流互感器多采用油浸式電流互感器，典型故障主要有滲漏油、膨脹器異常頂起，油色譜分析異常、二次回路異常等［2-3］。在電流互感器日常運(yùn)行維護(hù)過程中，膨脹器異常頂起的發(fā)生率高于其他類型故障，其主要原因是內(nèi)部絕緣損壞后產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致內(nèi)部壓力過大，使膨脹器頂起，甚至發(fā)生爆炸［4-6］。

本文針對一起220 kV油浸式電流互感器膨脹器異常頂起的情況，對該異常電流互感器進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)和解體檢查，分析了該類型故障的原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 故障概況

發(fā)生故障的間隔為220 kV 甲變電站與220 kV乙變電站的聯(lián)絡(luò)線路間隔，設(shè)備均為常規(guī)戶外敞開式。2023 年3 月11 日18 時，變電站運(yùn)維人員巡視時發(fā)現(xiàn)該間隔A 相電流互感器膨脹器上蓋異常頂起，如圖1 所示，工作人員根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，立即對該電流互感器進(jìn)行停電檢修。

圖1 電流互感器膨脹器異常頂起

2 故障分析

2.1 電流互感器試驗(yàn)分析

對故障電流互感器分別進(jìn)行了介質(zhì)損耗與電容量測試、絕緣電阻測試、介質(zhì)損耗因數(shù)和擊穿電壓測試。測試數(shù)據(jù)分別如表1、表2和表3所示。

表1 介質(zhì)損耗與電容量測試數(shù)據(jù)

表2 絕緣電阻測試數(shù)據(jù)

表3 介質(zhì)損耗因數(shù)和擊穿電壓測試數(shù)據(jù)

根據(jù)Q/ND 1070207—2019《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》和Q/ND 1050106—2018《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，測試數(shù)據(jù)表明絕緣油介質(zhì)損耗因數(shù)合格，絕緣電阻合格。擊穿電壓為35.1 kV 且分散性較大，不滿足規(guī)程要求。

對故障電流互感器取油樣，觀測油品質(zhì)外觀，發(fā)現(xiàn)油品清澈、無雜質(zhì)、無沉淀。對油樣進(jìn)行絕緣油色譜分析，檢測油中含氣量，檢測數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 油中氣體檢測數(shù)據(jù)

根據(jù)Q/ND 1070207—2019《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》和Q/ND 1050106—2018《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，由表4可見，故障電流互感器的絕緣油含氣量異常。其中氫氣（H2）含量為23 500.8μL/L、甲烷（CH4）含量為2675.9μL/L、總烴為2938.0μL/L，含氣量超標(biāo)嚴(yán)重，表明電流互感器內(nèi)部存在故障［7］。

1）油色譜試驗(yàn)檢測氫氣時，會考慮油中的水分因素。電流互感器內(nèi)部存在泄漏，外界濕度過高或者油箱密封不嚴(yán)等情況下，水分易浸入電流互感器油中，導(dǎo)致氫氣含量超標(biāo)。由表4 數(shù)據(jù)可見，甲烷與氫氣含量比值為0.11，在0.1～0.5之間，初步判斷此次故障并非因發(fā)生電解水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，而是電流互感器內(nèi)部存在低能量局部放電。

2）電流互感器運(yùn)行時，可能會發(fā)生放電、閃絡(luò)等現(xiàn)象，其釋放的氣體會溶解在電流互感器油中，形成氫氣。如果氫氣超標(biāo)，說明電流互感器可能存在故障或不正常運(yùn)行情況，應(yīng)進(jìn)一步排查。此類故障通常是由于電流互感器中的油發(fā)生熱分解反應(yīng)，如過載、短路，或者受到高溫、高壓和放電等外部因素作用，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，并伴隨含碳類物質(zhì)的生成。

從試驗(yàn)初步分析可知，此故障為電流互感器內(nèi)部絕緣異常，還需要對電流互感器進(jìn)一步檢查，以確定故障位置和故障原因。

2.2 電流互感器本體檢查

檢查電流互感器外觀：電流互感器整體外觀完好，未見異常；一次繞組接線排完好，未見發(fā)熱痕跡。

在拆除膨脹器、一次接線排、二次端子排、瓷套后，將電流互感器本體吊出，同步對其進(jìn)行互感器內(nèi)部檢查。檢查結(jié)果如下：

1）內(nèi)外螺絲緊固、無松動、無過熱放電現(xiàn)象，瓷套及儲油柜內(nèi)表面完好、無異常。

2）一次繞組與外部接線排連接部位未發(fā)現(xiàn)過熱點(diǎn)。玻璃纖維綁扎良好，一次繞組表面完好，各電容屏及主絕緣完好、未見異常。

3）二次繞組及其夾件固定良好、無晃動，二次繞組整體外觀未見異常。

4）各二次保護(hù)繞組的鐵芯中部外觀存在明顯變色，鐵芯硅鋼片的片間絕緣碳化嚴(yán)重。各二次保護(hù)繞組的鐵芯最外沿硅鋼片存在燒蝕痕跡。

對故障電流互感器進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)電流互感器用于繼電保護(hù)測量的二次繞組存在明顯碳化現(xiàn)象。電流互感器鐵芯硅鋼片的片間碳化通常是絕緣漆材料本身受熱造成的。鐵芯硅鋼片絕緣漆碳化的主要原因有以下幾方面：

1）絕緣漆質(zhì)量不佳。絕緣漆材料存在添加劑不當(dāng)、材料老化等問題，會導(dǎo)致碳化現(xiàn)象。

2）絕緣漆涂刷不均勻。硅鋼片之間涂刷絕緣漆時，涂層不達(dá)標(biāo)，可能造成局部高溫，導(dǎo)致碳化現(xiàn)象。

3）烘干條件不當(dāng)。在絕緣漆涂刷后，需進(jìn)行恰當(dāng)?shù)暮娓商幚?，否則涂層內(nèi)部揮發(fā)物質(zhì)可能滯留，造成局部高溫，導(dǎo)致碳化現(xiàn)象。

絕緣碳化具體表現(xiàn)為絕緣漆表面產(chǎn)生黑色或棕色的碳化物。這種碳化現(xiàn)象會導(dǎo)致絕緣性能降低，進(jìn)而影響電流互感器的測量精度和穩(wěn)定性［8-9］。

3 預(yù)防措施

3.1 鐵芯硅鋼片絕緣漆碳化的預(yù)防措施

鐵芯硅鋼片絕緣漆碳化是電流互感器長期運(yùn)行中存在的難題之一。設(shè)備運(yùn)維單位可在設(shè)備生產(chǎn)監(jiān)造過程中嚴(yán)格要求生產(chǎn)廠家從以下幾方面保障電流互感器鐵芯的質(zhì)量：

1）選擇合適的絕緣漆材料。選擇質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的絕緣漆材料，以減小發(fā)生碳化的可能性。

2）控制絕緣漆涂刷厚度和均勻性。硅鋼片之間涂刷絕緣漆時，要控制好涂刷層的厚度和均勻性，避免過厚或過少的情況出現(xiàn)。

3）嚴(yán)格控制烘干條件。在絕緣漆涂刷后，應(yīng)按照規(guī)定的烘干條件進(jìn)行處理，確保絕緣漆中的揮發(fā)物質(zhì)得到充分揮發(fā)。

同時，應(yīng)加強(qiáng)對硅鋼片的檢驗(yàn)并抽部分試樣留存。檢驗(yàn)項(xiàng)目包括外觀、尺寸、磁特性、機(jī)械力學(xué)性能等指標(biāo)。加強(qiáng)對鐵芯加工時的尺寸、平面度、圓度、外形及絕緣層厚度等的檢驗(yàn)，重點(diǎn)檢查鐵芯是否存在裂紋、毛刺等問題，確保加工工藝。對成品鐵芯進(jìn)行視覺檢查、磁通特性檢測、激磁損耗檢測、硅鋼片絕緣電阻檢測等相關(guān)檢查。進(jìn)行各項(xiàng)檢查時應(yīng)考慮壓力、溫度等環(huán)境因素的影響。

目前，電流互感器的鐵芯檢測手段相對單一。有研究表明，可通過磁化曲線分析電流互感器鐵芯內(nèi)部磁場分布變化來診斷其健康狀況，但這種方法缺少實(shí)踐應(yīng)用［10］。此外，有研究提出基于電磁場理論的在線監(jiān)測方法，通過采集鐵芯周圍的磁場信號，分析信號中的頻譜、振幅等參數(shù)來判斷鐵芯的狀況，但考慮到現(xiàn)場干擾因素復(fù)雜，這種方法也未能得到推廣應(yīng)用［11］。

3.2 電流互感器的常規(guī)預(yù)防措施

首先，應(yīng)加強(qiáng)電流互感器的常規(guī)檢查工作，特別是對其內(nèi)部鐵芯的絕緣檢查，及時發(fā)現(xiàn)絕緣損傷和破壞等情況，避免發(fā)生故障。

其次，應(yīng)定期對電流互感器進(jìn)行全面的油色譜檢測，排除油中的雜質(zhì)、水分和老化物質(zhì)，保證油的性能穩(wěn)定，從而確保電流互感器的正常運(yùn)行。同時，為了避免電流互感器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)電氣故障，可以通過定期的超聲波檢測、紅外線熱成像檢查、局部放電檢測等手段，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。

最后，應(yīng)對電流互感器進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)，更換老化和損壞的零部件，清洗和加注油液，確保電流互感器長期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

針對某變電站出線間隔正立油浸式電流互感器膨脹器異常頂起的故障，經(jīng)過試驗(yàn)分析及電流互感器解體檢查，確定故障原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，以保障電流互感器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。