支柱式澆注絕緣電流互感器局部放電試驗分析與研究

于杰，陳瑩

（江蘇靖江互感器股份有限公司，江蘇 泰州 214500）

局部放電是一種由于電場不均勻導致的產品缺陷。局部放電缺陷不會對產品絕緣立即造成影響，通常情況下，不會在短時間內形成絕緣擊穿或者爬電。它對絕緣的破壞從局部開始，產生的局部發熱、帶電粒子的撞擊、活性生成物以及射線等，會損害絕緣材料。它是一個緩慢發展的過程，發展嚴重的絕緣破壞，最終可能導致絕緣擊穿，對運行中的高壓電氣設備是一種安全隱患。

局部放電是國家電網開關柜驗收的重要指標，國家電網Q/GDW11835-2018《12kV-40.5kV 交流金屬封閉局部放電試驗導則》中規定：12 ～40.5kV 開關柜出廠局放試驗1.1Ur下最大允許放電量100pC。因此，開關柜廠家對對互感器提出了1.1Ur下最大允許放電量10pC 的規定要求。目前局放問題是支柱式澆注絕緣電流互感器不合格的主要原因，困擾著眾多互感器生產廠家。

文中明確局部放電試驗方法，采取措施排除試驗干擾，結合35kV 支柱式澆注絕緣電流互感器產品實例，分析了集中典型的局部放電波形和導致的誘因，并提出了解決方案，為生產廠家解決局部放電問題提供了參考依據。

1 局部放電試驗

本文采用脈沖電流法測量局部放電，建立并聯法測試回路如圖1。當產生一次局部放電時，試品Cx兩端產生一個瞬時的電壓變化U，經過耦合電容器Ck耦合到檢測阻抗Zm上，回路中就會產生一脈沖電流i，將脈沖電流i 流經檢測阻抗產生的脈沖電壓予以采集，放大和顯示，就能測定局放量。

圖1

采用并聯法測試回路時，耦合電容Ck為被試品CX與測量阻抗Zm之間提供一條低阻抗通道。低通高壓濾波器Z 可以讓工頻電壓作用到試品上，阻止被測的高頻脈沖溜走或電源的高頻噪聲通過。這種方法非常適合被試品一端接地的情況，同時被試品被擊穿時，不會危及人身和測試系統的安全，是一種安全可靠的測試方法。導致電器設備局部放電有設備本身的缺陷、運行狀態或試驗條件的影響。互感器生產廠家主要從產品本身缺陷改善和完善實驗條件兩個方面考慮解決產品局部放電問題。

2 排除試驗干擾

在局放測試過程中的干擾有兩類：一類是試驗回路未通電時就有的干擾，包括無線電波、附近高壓試驗、電機的電刷和整流設備等。還有一類是僅在通電后時才產生并隨試驗電壓升高而增加的干擾，例如，電源諧波、引線電暈、導體有懸浮電位引起的放電。為此我們設計了排除局放測試中最常見的干擾因素。

2.1 全屏蔽實驗室

建立全屏蔽局放試驗室是最有效的抗干擾方法。屏蔽實驗室六面為全屏蔽鋼板結構，具有良好的隔離系統，能有效地防止靜電場、磁場和高頻電磁波的干擾。除硬件干擾外，全屏蔽局放實驗室還通過隔離變壓器和電源濾波等軟件設計對屏蔽室進行抗干擾設計。

2.2 試驗導線一次端和接地線

高壓端連接的金屬部件或導體要避免尖端，配置均壓裝置，通常互感器生產廠家采用屏蔽罩或均壓環的方式。高壓端電場得到均勻分布，保連接導線對試驗品不形成局部放電。在整個試驗回路采用獨立的一點接地，有效消除接地系統的干擾。同時附近其他接地設備裝置也應該確保良好接地，避免有懸浮電位的產生對試驗回路造成影響。

2.3 試驗區域設置

除試驗設備連接的線路外，試驗區域附近的大型設備運行也會對局部放電實驗造成影響。因為其運行時可能會產生間歇性脈沖干擾，通過空間向周圍發射，形成空間干擾。試驗區域設置遠離重型設備。經過以上抗干擾措施后，測試背景局放量僅為0.07pC。局部放電試驗環境及設備干擾有效排除。

3 試驗分析

我們以35kV 支柱式澆注絕緣互感器為例，把試品按照圖1 連接試驗電路，開展試驗分析。

3.1 接地不可靠放電

接地不可靠是互感器局部放電試驗的一種常見問題。因為互感器是鐵心及二次繞組通過安裝嵌件連接底板最終接地，如果互感器底板裝配不緊固，會導致互感器接地不良。主要原因是互感器接地嵌件里在生產過程中有樹脂滲漏，底板在安裝時，螺絲可能接觸到絕緣樹脂上，影響了底板安裝螺絲和接地嵌件的連接可靠性。比較常見的接地不可靠波形見圖2，其波形特點是四個點均勻對稱分布放電，通常這種缺陷導致的局部放電量很大，一般可達上千皮庫。

圖2

3.2 外部一次端放電

高壓端一次接線塊有毛刺也是局放試驗不合格的一種常見誘因。當局部放電起始電壓和熄滅電壓接近時，例如，35kV 互感器放電起始點45kV，熄滅點44kV。內部缺陷被激發出來后產生局部放電隨著施加電壓的降低很容易熄掉，起始點和熄滅點很接近。這種不合格情況放電量并沒有明顯特點，從幾十皮庫甚至到上千皮庫不等。但是放電波具有明顯特征如圖3，第一象限單獨有放電。

圖3

3.3 內部放電

內部放電是互感器局放不合格最難解決的問題，澆注體內部氣隙、金屬導體的尖端未屏蔽導致場強集中、金屬粉末、焊料殘渣污染、以及偏心等問題都可以導致內部電場集中，局部放電。

內部放電波形特征為圖4，一般呈上下兩半對稱放電。以35kV 電流互感器為例，起始放電電壓為54kV，熄滅電壓18kV。起始放電電壓很高，熄滅電壓很低，說明產品內部缺陷被激發出來后產生局部放電量，且放電不容易熄滅。輕微缺陷放電量一般不大，通常在50 ～100pC 左右。當該種波形放電量很大至幾千皮庫時，可能考慮內部絕緣問題，多為內部澆注大氣泡或固化異常。

圖4

4 改進措施

4.1 改進產品外部放電

接地不可靠放電和外部一次接線端子放電均屬于互感器的外部放電。接地不可靠的局部放電情況，只需要將底板螺絲拆卸后，用酒精清理干凈澆注體嵌件絲孔內的殘留樹脂。保證底板和澆注體嵌件可靠接觸，待自然干燥后安裝后試驗，局放可從上千皮庫下降到幾皮庫，改善效果尤其明顯。產品一次接線端子放電，常見于支柱式澆注絕緣電流互感器。因一次接線塊有毛刺引起，可對一次接線塊邊和角進行打磨處理，局放問題即可改善。

4.2 改進產品內部放電

解決產品內部放電問題比較復雜，常見的典型問題有以下幾種。

（1）內部有裂痕。互感器內部由一次繞組、二次繞組、緩沖層三部分組成，由環氧樹脂澆注成型。一次繞組是由銅帶繞制并包扎緩沖層。因為樹脂的收縮率比金屬的收縮率大很多，如果緩沖層太薄，則達不到緩沖效果，可導致樹脂和一次繞組結合處樹脂開裂。生產廠家采用皺紋紙半疊兩層，J-30 半疊一層方法進行緩沖包扎。當動穩定電流大于35kA/3s 時，還需要加包無緯帶、硅橡膠帶半疊一層加強緩沖，防止短時大電流沖擊下樹脂和線圈相結合處樹脂開裂。

（2）有懸浮金屬顆粒。支柱式澆注絕緣電流互感器內部的懸浮金屬顆粒可能包括焊渣、銅粉末。在線圈器身制作過程中可能使一次繞組、二次繞組屏蔽表面吸附工作臺上的打磨殘渣金屬粉末。焊二次出線時，不小心可能有焊渣滴落器身上，二次出現刮漆膜的過程有可能有飛濺金屬粉末落在器身上。這些細微的金屬雜質吸附在器身屏蔽表面在電場的作用下可能導致金屬上有電位懸浮，從而導致局部放電。解決金屬顆粒污染問題要保證作業環境，保持操作工位清潔，焊接時進行有效的物理防護，二次出現刮漆設備采用安裝防護罩收集刮漆金屬粉末，防止污染線圈。

（3）內部有氣泡。支柱式澆注絕緣電流互感器澆注過程中對真空度、溫度、時間都有明確的要求。澆注材料在配料的過程中也會揮發出氣體，從而導致產品內有氣泡。氣體在超過其允許承受的電場強度從而產生局部放電。所以真空度、抽真空時間、澆注溫度都影響互感器內部質量。這需要澆注過程的精準控制。

（4）導體有尖角毛刺。導體在加工過程中，不可避免產生尖角毛刺。用半導電皺紋紙帶半疊一層包扎的方法可將一次和二次導體的金屬導體上的尖角毛刺屏蔽起來，不產生放電。在包屏蔽的過程要注意半導電皺紋紙帶要包扎平整，不松散、翻邊，特別是一次屏蔽。如果屏蔽作得不光滑，則屏蔽本身的毛刺尖角就會放電。

（5）設計問題。合理的絕緣厚度設計，是產品絕緣性能保證的前提。如果設計主絕緣厚度不夠，則導致局部場強過高，從而導致局放或主絕緣擊穿。互感器絕緣結構設計不合理也會造成絕緣內部電場分布不均勻，如果某些部位的電場強度低于絕緣介質的起始放電電壓水平，則這些部位就容易發生局部放電。通常35kV 支柱式澆注絕緣電流互感器主絕緣厚度設計在18mm 以上。

5 結語

解決支柱式澆注絕緣電流互感器局放問題，生產廠家除需要從軟硬件設施上消除干擾因素外，還要根據放電波形特點判斷放電成因，從而用對應的方法解決互感器本身放電問題。支柱式澆注絕緣電流互感器局放性能要靠做好每個關鍵環節去保證。