對倒置式電流互感器末屏接地不良缺陷的局部放電特性的研究

張明舉+高振國

摘 要 針對電流互感器末屏接地不良的絕緣缺陷，在實驗室構建實驗模型，并通過“末屏法”分析了倒置式CT末屏接地不良的局部放電特性。

中圖分類號 TM7 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）161-0131-03

自2007年國家電網公司電流互感器設備事故統計分析，在油浸式CT常見的故障五分之一是由于末屛接地不良或者末屏斷線引起懸浮電位放電，此類局部放電的發展過程不同于一次繞組與其出線端子之間的連接松動引起的尖端放電[1-3]。末屛接地不良對地會形成一個電容，這個電容遠小于電容屏本身的電容，按照電容串聯原理，將在末屛與地之間形成很高的懸浮電壓，造成末屛對地放電，燒毀附絕緣物，另外零屏、地屏接頭松動也會造成末屏接地不良缺陷事故[4，5]。

1 油浸倒置式CT的結構

油浸倒置式CT的結構如圖1所示[ 6 ]。

油浸倒置式CT的圓形鐵心外罩內安裝了二次鐵芯線圈，二次線從與鐵心外罩直接焊接的圓柱形金屬管中引出（金屬管在運行中是直接接地的），在鐵心外罩和圓柱形金屬鋁管外部有一個絕緣層，絕緣層內的主電容是由若干電容屏構成的，在絕緣層最末端的一層電容稱為“末屏”，末屏一般連接與設備的高壓端。從結構上來看，高壓端對鐵心外罩和金屬鋁管分別有一個電容，且二者并聯構成主電容?？拷饘俟茏顑葌纫黄岭娙莘Q“零屏”，零屏在運行中是接地的。CT正常運行的情況下，“零屏”與二次側引線金屬管同時接地，其等值圖如圖2所示。

末屏大多數情況下是接地的，只有在測試時才允許存在解開的情況，但這種測量方法是不安全的。如果在末屏接的地線上安裝一個穿心式電流傳感器，就不會改變金屬管末屏的接線方式，這樣就大大提高了測試的安全性。油浸倒置式CT的絕緣缺陷往往首先體現為局部放電，放電信號會通過電容耦合到C1上，最終會以電流脈沖的形式從末屏接地線流入大地[7]。因此，安裝在末屏接地線上的穿心式電流傳感器可以感應到這個電流脈沖，從而實現對局部放電的在線監測[ 8 ]。在本文中這種方法稱為“末屏法”。

2 試驗平臺的建立和PD特性

2.1 實驗平臺的建立

在實驗室中搭建了油浸倒置式CT絕緣缺陷在線檢測的試驗平臺，如圖3所示。針對末屏接地不良設計了懸浮電位放電模型。通過大量的實驗并與文獻所得到的數據相比較，獲得了倒置式CT缺陷的典型特性。通過測量放電脈沖下不同絕緣缺陷的阻抗，利用檢測設備去分析放電脈沖的特征，監測設備采用河北天威集團生產的PD-check（型號為TWPD-2B）和示波器（Tektronix type TDS220）。

2.2 懸浮放電模型

常見的懸浮放電模型分為油中懸浮金屬或纖維碎屑和懸浮電極兩種，而末屏接地不良的放電發展過程與后者的機理一致。

實體模型如圖4所示。

接地極接地為在油中懸浮電位的下端，通過氣隙大小或油膜厚度控制懸浮接地的狀態，上極為末屏高壓電極的引出點，如上圖所示中間加入1mm的空氣間隙，可準確地模擬末屏接地不良的缺陷。因為放電波形取決于缺陷模型的構造形式。為實際模擬懸浮電極放電在本模型覆有絕緣紙板的地電極上放置可松緊式球間隙，相當于電容接地不良故障[9]。

2.3 PD特性

用TWPD-2B局部放電儀器和示波器，采集分析油浸倒置式CT末屏接地不良缺陷的模型。分別獲得了PRPD譜圖及頻域圖和波形圖。PRPD譜圖及頻域圖如圖5所示，波形圖如圖6所示。

由圖5懸浮電極放電脈沖PRPD譜圖及頻域圖可知此類放電脈沖可分為高頻和低頻兩部分，低頻主要為5兆赫茲左右，高頻在20M赫茲上下，且這種情況的放電過程和放電波形（如圖6所示）與沿面放電的放電波形相比及其相似。但是脈沖幅值可達到500mV，存在時間一般較沿面放電短，約為150ns，且發展過程較沿面放電劇烈。

3 結論

本文在查閱大量相關文獻的基礎上，并基于真實的CT建立了試驗平臺，集中分析了油浸倒置式CT在末屏接地不良絕緣缺陷下的局部放電特性，主要結論如下：

“末屏法”是在末屏接地線上安裝電流傳感器用來檢測倒置式CT絕緣缺陷的局部放電信號；

末屛接地不良對地會形成一個電容，這個電容遠小于電容屏本身的電容，按照電容串聯原理，將在末屛與地之間形成懸浮電壓，造成末屛對地放電；

懸浮電極放電脈沖PRPD譜圖及頻域圖分為高頻和低頻兩部分，這種放電過程和放電波形與沿面放電相似。

本文中提到的末屏接地不良的局部放電特性。應該與其他絕緣缺陷的放電特性相結合，進一步研究油浸式CT絕緣缺陷的模式識別方式，這對檢測油浸倒置式CT潛在的絕緣缺陷有著重要的意義。

參考文獻

[1]安冰，趙志山，李紅亮，等.一起220kV油浸式電流互感器故障分析[J].電器制造，2014（11）：86-87.

[2]連鴻松，鄭東升.三起220kV油浸倒立式電流互感器爆炸原因分析[C].電力行業電力用油應用技術討論會論文，2011，8：299-302.

[3]葉景龍，楊菊，王磊.一起220kV油浸倒置式電流互感器事故原因分析[J].新疆電力技術，2013（4）：43-45.

[4]褚文超.變壓器高壓套管末屏安全缺陷分析及處理方法[J].內蒙古電力科技，2014，32（1）：80-83.

[5]楊坡，孟慶大，王建偉，等.變壓器套管末屏接地缺陷分析及改進措施，2015（5）：61-65.

[6]楊洋，許強，覃偉，等.油浸式電流互感器的缺陷分析和診斷方法[J].變壓器，2013，50（5）：71-72.

[7]錢國超，鄒德旭，馬儀，等.倒立電流互感器典型缺陷及制造關鍵工藝分析[J].電力電容器與無功補償，2015，36（2）：73-77.

[8]淡文剛，陳詳訓，鄭健超.油中局部放電脈沖特性的測量和特征分析[J].電網技術，2000，24（6）：37-40.

[9]沈煜，羅維.變壓器套管末屏對現場局部放電測量影響分析[J].變壓器，2009，46（10）：37-39.

[10]劉通，薛永剛，趙煦，等.變壓器內單一局放PRPD譜圖統計參量的主成成分分析[J].南方電網技術，2014，8（5）：33-7.