倒置式電流互感器家族性缺陷分析

崔楊柳

（國網江蘇省電力有限公司南通供電分公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

隨著超高壓、特高壓電網建設的發展，倒置式電流互感器憑借其獨特的優點和顯著的經濟技術指標，在全國范圍內得到大量應用[1?3]。倒置式電流互感器的一次、二次繞組集中布置在其頂部，避免了正立式電流互感器主絕緣位于產品底部易受潮的問題，可有效降低電流互感器因受潮而被擊穿的可能性。對倒置式電流互感器頭部的絕緣設計及生產工藝的要求更高[4?5]。由于受生產和安裝工藝水平、試驗手段的局限性等因素的影響，倒置式電流互感器故障時有發生[6]。近幾年國家電網范圍內的倒置式電流互感器故障率較高，故障類型包括過熱、局部放電、爆炸等。作為電網中的重要電氣設備，電流互感器在運行中發生故障會造成嚴重后果[7]。本文以3臺有缺陷的倒置式電流互感器為例，對其進行診斷性試驗并解體檢查，經分析發現這3臺電流互感器的器身頸部與瓷套法蘭尺寸配合不合理、絕緣紙包扎工藝不成熟是異常的主要原因，屬于家族性缺陷。

1 故障概況

在例行油樣檢測中發現某省兩地市共3臺500 kV電流互感器乙炔含量異常，且其中2臺的現場數據已經超過注意值。查閱運行數據，這3臺電流互感器近期均未遭受不良工況，運行環境良好，因此乙炔異常不是外部因素引起的。查閱設備臺賬，這3臺電流互感器均為同一公司在2008年生產的產品。如此密集相似的缺陷表明，此類缺陷很可能是家族性缺陷。

2 故障原因分析

2.1 現場數據分析

在現場例行油樣檢測中，3臺電流互感器油中溶解氣體數據如表1所示。

表1 電流互感器油中溶解氣體 單位：μL/L

文獻[8]規定，500 kV電流互感器乙炔注意值為1 μL/L，氫氣注意值為 150 μL/L，總烴注意值為100 μL/L，這3臺電流互感器均產生乙炔，其中有2臺超標，其余氣體含量均在正常范圍內。從油中溶解氣體來看，乙炔含量異常，初步判斷電流互感器存在局部放電缺陷。

2.2 返廠試驗數據分析

將這3臺電流互感器返廠進行解體分析，在解體之前，再次對這3臺電流互感器進行診斷性試驗。

靜置48 h后，對這3臺電流互感器的油樣進行油中溶解氣體、擊穿電壓、介質損耗因數、含水量和含氣量檢測。其中油中溶解氣體數據如表2所示，對比運輸前后的油中溶解氣體數據可以發現，各氣體含量都相應上升。電流互感器在躺倒運輸過程中，特征氣體發生了對流，原來集中在電流互感器頭部的氣體對流到電流互感器下部，導致在下部取樣的油樣中氣體含量上升。

表2 電流互感器油中溶解氣體 單位：μL/L

油樣的擊穿電壓、介質損耗因數、含水量及含氣量數據如表3所示。根據相關標準，除乙炔含量異常外，這3臺電流互感器的擊穿電壓、介質損耗因數、含水量和含氣量均在合格范圍內。

表3 油的擊穿電壓、介質損耗因數、含水量和含氣量

在對設備進行的絕緣電阻、二次繞組電阻、介質損耗因數、電容量、短時工頻耐受電壓、局部放電測量試驗項目中，除局部放電測量試驗外，其他試驗未見異常。

對于局部放電測量試驗，這3臺電流互感器檢測的波形相似，呈現出局放量隨電壓升高而穩定增長、放電波形成單邊分布、熄滅電壓低于起始電壓且熄滅和起始電壓均低于運行電壓等特點。由上述試驗結果可初步判斷，這3臺電流互感器的乙炔含量異常都是電流互感器頭部缺陷導致局部放電引起的。

3 解體檢查

在設備解體之前，首先檢查電流互感器的外觀，這3臺電流互感器的密封均完好無損、無滲漏現象，產品表面清潔無油跡。在電流互感器絕緣油放盡后，拆除金屬膨脹器，打開電流互感器儲油柜，將內部主件緩慢向外抽出，可以觀察到電流互感器內部情況，然后逐步拆除絕緣層。

文中所述鐘表方向為從電流互感器P1極往P2極方向看，其中電流互感器油箱頂部為12點方向，油箱底部為6點方向。具體檢查結果如下：

1）某乙變5051 B相。P2極頸部絕緣包扎凸出，按壓有空洞，角環按壓有響聲；3點鐘方向皺紋紙有一個擊穿點，附近皺紋紙有游離碳痕跡，該擊穿點貫穿銅帶與皺紋紙之間的半導體紙，銅帶與角環之間的半導體紙未發生擊穿；第三層角環壓痕朝上10 cm左右有一道深溝。

2）某乙變5061 B相。3點鐘方向處皺紋紙、半導體紙有明顯孔洞，直徑約3 mm，銅帶局部燒熔，銅帶內第一層角環有游離碳痕跡但未擊穿；5點鐘方向皺紋紙、半導體紙有明顯孔洞，銅帶局部燒熔，銅帶下方半導體紙及角環未見異常；6點鐘方向皺紋紙存在游離碳痕跡但未擊穿；7—9點鐘方向皺紋紙、半導體紙有明顯孔洞，第一層角環有明顯游離碳痕跡。

3）某甲變5051 C相。8點鐘方向皺紋紙、半導體紙有明顯孔洞，高壓屏銅帶局部燒熔，對應擊穿點燒穿11層角環（高壓屏至中間屏約300層，中間屏至鐵芯罩殼約300層），擊穿點周圍有游離碳痕跡，直徑約3 cm；9點鐘方向對應擊穿點燒穿2層角環；6點鐘方向對應擊穿點燒穿1層角環；4點鐘方向擊穿點貫穿半導體紙外層的皺紋紙，半導體紙及銅帶無損傷。

通過對這3臺電流互感器的缺陷進行分析，得到以下結論：

1）器身頸部與瓷套法蘭尺寸配合不合理，間隙較小，器身P1極、P2極、6點鐘方向基本處于封閉狀態，嚴重擠壓導致頭部與直線段絕緣油流通不暢甚至分區，部分角環移位，油道分布不均勻、角環皺褶，局部電場畸變。

2）運行過程中斷路器操作、本身正常振動等導致瓷套法蘭與皺紋紙磨損，且頭部半導體層外僅由一層絕緣包裹，皺紋紙磨穿后，高壓屏與瓷套法蘭呈不可靠連接狀態。

3）高頻過電壓或接觸不良可導致絕緣破損部位火花放電，產生乙炔并造成附近絕緣紙碳化，半導體層下方損傷的絕緣沿電場方向發展，最終可發展為貫通性絕緣擊穿。

本次發現的是局部絕緣擊穿的早期缺陷。該類缺陷主要是器身頸部與瓷套法蘭尺寸配合不合理以及制造和安裝工藝不過關引起的，具有熱效應不高、產氣量不大的特點，除色譜分析外的現有檢測手段不易發現。

4 結語

針對本文案例中倒置式電流互感器的缺陷建議：優化倒置式電流互感器設計，尤其是對電流互感器頸部的尺寸加強論證；加強對倒置式電流互感器的制作及安裝工藝的管控；規范倒置式電流互感器的例行試驗，具備條件時可適當增加油化驗次數。