110 kV油浸式電流互感器絕緣油中乙炔含量超標值分析

劉屾，羅康順，陳宇民，青言，趙亞光，吳盛，舒越

(1. 云南電網(wǎng)有限責任公司，昆明 650217；2. 云南電網(wǎng)有限責任公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100； 3. 云南電網(wǎng)有限責任公司紅河供電局，云南 蒙自 661100；4. 云南電網(wǎng)有限責任公司保山供電局，云南 保山 678000）

0 前言

電力系統(tǒng)中電流互感器是電網(wǎng)中的重要電氣設備[1-2]，根據(jù)電磁感應原理將一次大電流轉(zhuǎn)化為二次的小電流供繼電保護、測控、計量等使用，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)之間聯(lián)系的橋梁，它的正常運行關系著電力系統(tǒng)繼電保護等功能能否的正確動作。近年來，隨著電流互感器運行年限的不斷增加，電流互感器內(nèi)部絕緣出現(xiàn)老化情況也越來越多，故障初期往往出現(xiàn)過熱情況，若不加以注意，故障將會進一步發(fā)展成放電故障，嚴重的話可能導致電流互感器發(fā)生爆炸起火，嚴重影響電網(wǎng)的正常運行[3-5]，絕緣油色譜分析方法可以在設備不停電的情況下發(fā)現(xiàn)電流互感器內(nèi)部存在的運行缺陷，結(jié)合高壓電氣試驗可進一步判斷故障類型，及早發(fā)現(xiàn)處理，能有效避免設備事故發(fā)生。

1 設備情況

110 kV 某變電站163 電流互感器設備型號為 LCWD2-110，設備類型為油紙電容型，額定電壓為110 kV，額定電流為100 A，對163 電流互感器進行絕緣油色譜分析時發(fā)現(xiàn)163 電流互感器A、B 相中絕緣油中乙炔含量超出2 ul/L 的注意值，分別達到了2.3 ul/L、2.1 ul/L，通過查閱上次色譜測試值，發(fā)現(xiàn)乙炔含量與上次測試值對比有不斷增長的趨勢，為觀察設備故障發(fā)展情況，開展了數(shù)次色譜跟蹤測試試驗。

圖1 163電流互感器A相乙炔含量變化趨勢圖

圖2 163電流互感器B相乙炔含量變化趨勢圖

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，163 電流互感器A、B 相絕緣油中乙炔含量已經(jīng)超出2 ul/L 的注意值，分別達到了2.3 ul/L、2.1 ul/L，從圖1、圖2 可以清楚的看出近幾次乙炔測試數(shù)據(jù)有不斷增長的趨勢，通過圖1、圖2 斜率的對比，近幾次的測試數(shù)據(jù)變化速率A 相明顯變化的比B 相的快，在一定程度上表示A 相故障的發(fā)展速度較B 相的快。

2 故障類型判斷

對于充油電氣設備，絕緣油中色譜試驗數(shù)據(jù)中出現(xiàn)乙炔，一般可分為設備內(nèi)部存在過熱故障和放電故障這兩類，若設備存在放電故障時絕緣油中會伴隨著氫氣含量的增加，乙炔含量較高，但從試驗數(shù)據(jù)可以看出絕緣油中氫氣含量保持穩(wěn)定，無增長趨勢，雖從絕緣油中檢測出乙炔氣體，但乙炔含量值相對較低，所以基本可以排除設備內(nèi)部存在放電故障的可能性。

2.1 溶解氣體分析解釋表

根據(jù)DL/T722-2014 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則，附錄B.1：溶解氣體分析解釋表中注明，C2H2/C2H4＜0.2，CH4/H2＞1，C2H4/C2H6＞4 為大于700℃的高溫過熱故障，以2017 年3 月23 日A 相數(shù)據(jù)為例，C2H2/C2H4=2.3/48.6=0.047 ＜0.2，CH4/H2的 比 值 因為電流互感器氫氣含量基值一直較高，卻未發(fā)生明顯增長，故H2的比值用本次的氫氣含量減去上次的氫氣含量之差，CH4/H2=6.8/（180-174.41）=1.22 ＞1，C2H4/C2H6=48.6/2.9=16.76＞4，判斷為大于700℃的高溫過熱性故障，B相計算結(jié)果與A 相相同。

2.2 立體圖示法

根據(jù)DL/T 722-2014 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則，附錄C.1：立體圖示法進行數(shù)據(jù)判斷，以2017 年3 月23 日A 相數(shù)據(jù)為例，C2H2/C2H4=0.047，CH4/H2=1.22，C2H4/C2H6=16.76，這三個比值正好落在圖3 中的T3區(qū)域中，有此判斷故障類型為大約700℃的高溫過熱故障，B 相計算結(jié)果與A 相相同。

圖3 立體圖示法

圖4 大衛(wèi)三角形法

2.3 大衛(wèi)三角形法

根據(jù)DL/T 722-2014 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則，附錄C.2：大衛(wèi)三角形法進行數(shù)據(jù)判斷，以2017 年3 月23 日A 相數(shù)據(jù) 為 例，C2H2/（C2H2+CH4+C2H4）=3.98%，CH4/（C2H2+CH4+C2H4）=11.79%，C2H4/（C2H2+CH4+C2H4）=84.23%，這三個比值正好落在圖4 中的T3 區(qū)域中，有此判斷故障類型為大約700℃的高溫過熱故障，B 相計算結(jié)果與A相相同。

2.4 特征氣體法

根據(jù)DL/T 722-2014 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則，10.1 特種氣體法進行判斷，色譜分析數(shù)據(jù)中主要特征氣體為CH4和C2H4，163 電流互感器A、B 相兩相絕緣油中甲烷和乙烯之和分別為55.48 ul/L、53.6 ul/L，兩者之和占總烴的91.76%、83.75%，隨著故障點溫度的增加C2H4的含量急劇增加，從色譜跟蹤檢測數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出C2H4的含量較CH4的含量打得多，故判斷故障點溫度大于700℃，根據(jù)哈斯特氣體分壓-溫度關系圖可知絕緣油中只有在熱點溫度接近1000℃時才生成C2H2，163 電流互感器A、B 相中均檢測出了C2H2，有此判斷163 電流互感器A、B 相故障類型為大約700℃的高溫過熱故障。

圖5 哈斯特氣體分壓-溫度關系圖

3 故障原因分析

為進一步分析設備內(nèi)部存在的故障，查閱了163 電流互感器高壓電氣試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)163電流互感器A、B 相存在介質(zhì)損耗因素超標的情況，從2013 年開始，163 電流互感器介質(zhì)損耗開始超出標準值，而且以介質(zhì)損耗測試數(shù)值較大的電流互感器絕緣油中檢測出了乙炔，介質(zhì)損耗數(shù)值越大乙炔含量也相對越高，變化趨勢也越大。介質(zhì)損耗因素測試值超過標準值的原因有以下三個：

1）設備密封不良導致內(nèi)部絕緣整體受潮[6-10]，一般可以通過檢測絕緣油的微水含量和查閱高壓試驗數(shù)據(jù)中的繞組及末屏的絕緣電阻可以間接的加以判斷，取樣對163 電流互感器A、B相進行絕緣油微水分測試，測試結(jié)果可以看出絕緣油水分均未超出規(guī)程要求的35 mg/L 的注意值，查閱高壓試驗數(shù)據(jù)中的繞組及末屏的絕緣電阻也在規(guī)程要求的范圍內(nèi)，證明TA 密封良好，沒有進水受潮現(xiàn)象。

2）內(nèi)部絕緣油老化，致使電流互感器整體絕緣性能下降導致介質(zhì)損耗超標。通過取樣對163 電流互感器A、B 相進行酸值、體積電阻率、介質(zhì)損耗因數(shù)進行測試，測試結(jié)果可以看出絕緣油酸值、體積電阻率、介質(zhì)損耗因數(shù)均未超出規(guī)程要求值，故可以排除設備內(nèi)部絕緣油老化的可能性。

3）設備運行時間長絕緣自然老化導致絕緣性能下降的情況，163 電流互感器運行年限較長，存在內(nèi)部絕緣老化可能性很大。

綜上所述，導致110 kV 油浸式電流互感器絕緣油中乙炔含量超注意值的原因是由于設備運行年限較長致使設備內(nèi)部絕緣出現(xiàn)老化情況，介質(zhì)損耗因素超標，絕緣老化后設備內(nèi)部出現(xiàn)過熱情況，較高的溫度致使絕緣油發(fā)生分解產(chǎn)生乙炔氣體。

4 結(jié)束語

油浸式電流互感器絕緣油中乙炔含量超標應引起足夠的重視[11-12]，運行中的互感器油色譜分析中出現(xiàn)乙炔時，需加強對互感器油色譜的跟蹤測試，分析具體原因；根據(jù)《Q/CSG1206007-2017 電力設備檢修試驗規(guī)程》要求：當電流互感器絕緣油中乙炔含量超過注意值時，應考慮更換，足見電流互感器絕緣油中檢測出乙炔且超標的故障嚴重程度，現(xiàn)實工作中導致電流互感器絕緣油中乙炔含量超注意值的原因有很多，設備內(nèi)部出現(xiàn)高溫過熱和放電性故障時絕緣油中均能檢測出乙炔的存在，通過絕緣油色譜數(shù)據(jù)分析可以判斷色譜內(nèi)部存在的故障類型但無法準確判斷故障部位，為準確判斷設備故障部位還需結(jié)合高壓試驗數(shù)據(jù)進行進一步分析。