高壓電力互感器缺陷故障現狀及措施

孟 毅，嚴 濤，彭 軍

（1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網湖北省電力公司武漢供電公司，湖北 武漢 430050；3.國網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，用于測控、計量和保護系統。其功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標準低電壓（通常為100 V、100 V/√3和100 V/3）或標準小電流（通常為5 A、1 A），以便實現測控、保護、計量設備的標準化、小型化。高壓電力互感器在電力系統得到了大量裝用[1-2]，以湖北電網為例，根據統計數據，截至2015年年底，國網湖北省電力公司系統共裝用110（66）kV及以上電壓等級各類獨立電流互感器（不包括套管互感器、GIS型互感器）18091臺，共裝用110（66）kV及以上電壓等級各類獨立電壓互感器（不包括GIS型互感器）8280臺。隨著近年電力互感器設計、制造水平的提高，電力互感器的質量水平得到了很大提高，統計電力互感器的缺陷、故障發生率呈下降趨勢。但是對一些運行年限較長的老舊電力互感器，缺陷故障仍時有發生；對少數型號批次電力互感器，發生家族性缺陷。運行中電力設備缺陷一般可分為危急、嚴重及一般缺陷三類，高壓電力互感器發生危急、嚴重缺陷和設備故障時，尤其是110（66）kV及以上電壓等級互感器，由于電壓等級高，應用于主網，其缺陷和故障不僅影響一次設備穩定可靠運行，更可能對保護、計量、測控等二次系統造成嚴重安全影響，嚴重影響系統整體安全穩定運行。

1 高壓電力互感器常見危急、嚴重缺陷分析

運行中110（66）kV及以上電壓等級高壓電流互感器的常見危急、嚴重缺陷有滲漏油、接頭發熱、SF6氣體泄露、油中溶解氣體超標、二次缺陷等。根據統計數據，國網湖北省電力公司系統2015年、2016年110（66）kV及以上電流互感器共發現缺陷254臺次，缺陷發生率為0.702次/百臺·年，其中危急、嚴重缺陷72臺次，危急、嚴重缺陷按缺陷類型分如圖1所示。

圖1 電流互感器危急、嚴重缺陷類型統計Fig.1 Statistics of critical and serious defect types of current transformer

電流互感器危急、嚴重缺陷中，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、緊固結合面螺栓、更換密封圈后可消除缺陷，少數無法修復的需整體更換；其次是接頭發熱，發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，少數為內部接頭發熱，需返廠大修或整體更換；對SF6氣體泄漏、氣體壓力低告警等缺陷，通常經補氣后可消除缺陷，對泄漏嚴重且無法現場修復漏點的需返廠大修或整體更換；對絕緣缺陷，如絕緣電阻、介質損耗試驗嚴重不合格，以及油中溶解氣體嚴重超標的，一般需整體更換。

根據反事故措施要求，運行中敞開式變電站110（66）kV及以上電壓等級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，缺陷發生率低。電容式電壓互感器常見危急、嚴重缺陷有絕緣缺陷、電容分壓器滲漏油、本體溫升異常、二次缺陷等。根據統計數據，國網湖北省電力公司系統2015年、2016年110（66）kV及以上電壓互感器共發現缺陷44臺次，缺陷發生率為0.266次/百臺·年，其中危急、嚴重缺陷10臺次，危急、嚴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、嚴重缺陷類型統計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損耗與電容量試驗不合格等；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合面、瓷套，電容分壓器內電容器油量少，發生滲漏油時繼續運行風險很大。鑒于檢修條件及經濟性考慮，對上述幾類危急、嚴重缺陷，現場一般不開展大修，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行中出現火苗，運行人員發現后立即申請停電，停電后火勢仍蔓延，該電流互感器徹底燒毀。檢查發現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，長期直接暴露于大氣之中，經過長時間運行，因氧化腐蝕嚴重而斷裂，造成電流互感器末屏電位懸浮[3-4]，對地放電，使得末屏引出小套管及密封件損壞，導致互感器漏油并燒損。

對末屏接地線斷裂故障，應嚴格執行防止電流互感器事故措施。落實電流互感器末屏接地檢測、檢修及運行維護管理，對結構不合理、截面偏小、強度不夠、材質嚴重銹蝕的末屏應進行改造。加強對末屏接地線巡視檢查，發現接地線銹蝕、損傷等應及時處理，試驗結束后應檢查確認末屏接地是否良好。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時發現乙炔、氫氣、總烴含量超出注意值，測試數據如表1所示。

表1 油中溶解氣體分析試驗數據Tab.1 Gases dissolved in oil of the current transformer

對該電流互感器解體檢查發現內部一組一次接頭松動，連接板、螺母、墊片有明顯的高溫燒蝕及放電痕跡，如圖4所示。

圖4 內部接頭螺母及墊片高溫燒蝕及放電痕跡Fig.4 High temperature ablation and discharge marks of the screw cap and gaskets of the internal joint

電容量及介質損耗試驗合格，內部器身未見明顯異常，據此分析判斷主絕緣正常。利用三比值法進行分析，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，在長期運行過程中，內部接頭出現松動，電氣連接不良，接頭處發生高溫過熱兼放電，使絕緣油分解產生乙炔、其他烴類等故障特征氣體[5-6]。

對此類內部接頭發熱導致的油中溶解氣體超標故障，在電流互感器出廠與交接試驗時應進行一次繞組直流電阻試驗與比對，嚴格落實反事故措施，當紅外測溫發現電流互感器接頭溫升異常時，應對接頭多方位并選取合適角度分別進行精確測溫，確定具體發熱部位，準確對缺陷進行定性，及時處理。

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2.6 kV，停電試驗發現下節電容分壓器高壓電容C12的電容量與上次測試值相差5.4%，介質損耗值達到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擊穿元件數量約為3只。解體檢查發現下節電容分壓器高壓電容C12共有3只元件擊穿，擊穿點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生毛刺，需進行清理，如毛刺清理不徹底，毛刺會發生低能局部發電，在電場和熱效應的長期作用下導致元件擊穿。

由于運行人員及時發現電壓異常，避免了故障擴大。在電壓互感器運行過程中，二次電壓是判斷電壓互感器狀態的一個重要狀態量[7-8]，導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。對該類電容式電壓互感器，排除系統電壓變化，當其一定時間的連續電壓讀數與本站同一電壓等級其他電壓互感器相差2%以上時，一般判斷電容分壓器元件存在偶發性故障，剩余完好元件仍可以承受長期運行，此時應加強電壓監測與紅外測溫，制定停電檢修計劃；相差8%以上時，剩余完好元件僅可以短期運行，或存在電磁單元部件損壞、二次回路故障等，應盡快停電檢修。

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行中發生爆炸，線路跳閘，爆炸飛濺物將相鄰斷路器、電流互感器瓷套、隔離開關支柱絕緣子等擊傷。上下兩節分壓器完全炸毀，下節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。

解剖電容元件發現，所有元件引線片側全部燒黑，如圖6所示，推斷瓷套內部放電發生在瓷套內芯子外側（即引線片側）。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。串聯連接的引線片接觸不良，接觸不良點出現間歇性放電，使擊穿點不斷擴大，造成元件介質劣化、電容器油劣化，最終造成整節電容分壓器的爆炸。

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

對此類電容式電壓互感器爆炸故障，在電容元件制造過程中，應加強對引線片的檢查，引線片表面應光滑、潔凈、表面無毛刺；在電容元件裝配過程中，嚴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溫時，要高度重視本體尤其是分壓電容器的檢測，由于電壓互感器屬電壓致熱效應設備，宜用允許溫升或同類允許溫差來判斷運行狀態。此外，對二次繞組未接保護、測控、計量回路的線路電容式電壓互感器，由于現場無法實時監測其二次電壓，應加強運行維護，具備條件時將二次電壓測試列入帶電檢測項目。

3 結語

電力互感器應用于電力系統各個電壓等級。110(66)kV及以上電壓等級普遍采用油浸式或SF6氣體絕緣式互感器，其重要性更加突出，制造廠家數量相對較少，對質量管控也更為重視，隨著制造、工藝水平的提高、運行現場紅外測溫技術的普遍應用，以及各類帶電檢測、在線監測技術的推廣應用，其缺陷、故障率呈下降趨勢，或可將部分缺陷、故障發現于早期，從而避免了重大事故的發生。盡管如此，由于設計、制造工藝或材質問題，或受制于現場檢測手段，高壓電力互感器重大缺陷、故障仍無法避免，時有發生。對高壓電力互感器缺陷進行統計，對重大典型故障深入分析，提出防范措施，并將其落實到互感器驗收、運維、檢測、評價、檢修各個環節，對進一步提高互感器運行水平具有非常重要的作用。

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