倒立少油电流互感器缺陷及制造工艺分析

2015-03-02钱国超邹德旭马仪颜冰周骏周仿荣黄禾

云南电力技术 2015年2期

钱国超，邹德旭，马仪，颜冰，周骏，周仿荣，黄禾

(1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217;2.云南电网有限责任公司昆明供电局，昆明 650000)

0 前言

电流互感器是联络电网一次系统与二次系统的重要电力设备。在变电站中，电流互感器串接在母线、开关间隔及变压器进出线上，实现电力系统电能计量及二次系统对一次设备的监测与保护功能。电流互感器一旦发生故障，轻则造成设备本体损坏，重则导致变电站母线对地短路、一次设备出口短路等故障，酿成电力系统事故。因此，选择结构设计合理、生产工艺良好及运行稳定的设备，制定切实有效的运行维护手段增强电流互感器运行可靠性，减少设备缺陷或故障发生几率，对提高电力系统运行可靠性至关重要［1－4］。本文在对倒立少油电流互感器的结构特点及典型缺陷进行分析的基础上，从生产设计制造及电网企业的运维方面提出相应的管控措施。

1 倒置少油电流互感器结构特点

1.1 结构形式

倒立少油电流互感器具有一次导杆短、温升小、电感小、系统短路耐受能力强［2－8］等特点。其结构如图1 所示:

图1 倒置少油电流互感器结构示意图

1.2 绝缘特点

倒立少油电流互感器主绝缘可分为头部绝缘和均压套管部分的绝缘，头部绝缘一般只有高压电极和低压电极，未设置中间均压电极，而均压套管部分绝缘设计带有均压电极;头部主绝缘全部包扎在二次绕组上或仿形的铝壳上，为充分利用材料的绝缘特性，在绝缘内设有导电或半导电的电屏，把油纸绝缘分为很多绝缘层，每一对电屏连同绝缘层构成一个电容器，为了保证电压在电屏之间均匀分布，通常按等厚绝缘原则来设计，即各相邻电屏之间绝缘厚度彼此相等［1－4］;其带有中间电屏的绝缘结构见图2 所示。

图2 绝缘结构

2 倒置少油电流互感器缺陷

倒立少油电流互感器多发故障有主绝缘击穿和金属膨胀器冒顶以及电容屏断裂等［1，5，8－15］。

2.1 主绝缘击穿

某线路电流互感器(型号:LVB－220W3)运行中爆炸起火，检查发现储油柜上部爆开，器身露出，大部分绝缘层均已烧损碳化，二次绕组露出;上、下储油柜壳之间焊缝开裂，产品底脚开裂;过渡件螺栓脱落;裂开的上储油柜上半部分内表面P2 侧靠顶部有放电烧蚀点，铁心罩壳破裂呈多块状，上储油柜P1 侧的密封圈有压扁及断裂现象，粘连在绝缘垫圈上［4］。

根据头部密封状况及电场分布情况综合分析，引起该互感器故障的原因为密封圈断裂出现渗漏油造成;并且根据击穿点位于头部两侧圆弧的高场强区，不在顶部可推断出此渗漏油为快速渗漏，若为缓慢渗漏，放电点应首先出现在顶部。

2.2 电容屏断裂

某220 kV 电流互感器(型号:LVB－220W2)在例行色谱分析时，发现乙炔含量达到153 μL/L。电气试验10 kV 下介损小于0.3%，但加压到30 kV 时，数据异常，无法读数;局部放电当加压到153 kV 时，放电量达到10 000 pC 以上(标准:252 kV 下≤10 pC)。

解体发现:一次导电杆及二次绕组主绝缘层没有发现异常。扒开二次引线管绝缘，发现第一个电容屏(由外向内)铝箔有裂纹，但没有完全断开，继续向下检查，发现第二层在相同位置在电容屏断裂处有放电痕迹。在相同位置，第三层、第四层及第五层均有同样断裂和放电，从第六层开始(无电容屏)，在同样位置的绝缘纸也有明显的被拉开的迹象。其他位置电容屏没有发现异常［4］。

经分析事故的原因为:引线管、电容屏和绝缘纸的膨胀系数不同，在干燥过程中产生的应力，造成电容屏开裂;在工厂内或运输中，吊装和运输中的急停和加速，使电容屏受到轴向冲击力的作用，导致电容屏和绝缘层产生断裂。

2.3 金属膨胀器冒顶

某电流互感器运行过程金属膨胀器鼓起(型号:LVB－220W3)，对该电流互感器开展电气试验，结果无异常，色谱分析发现氢气、总烃严重偏高。解体未发现X 蜡及受潮情况，产品内部器身整体完好，包扎基本平整，无明显褶皱及其它明显异常。

此互感器故障原因可能是在更换膨胀器后的补油过程中带入空气，造成油中含气量偏高，互感器内部存在气泡，在运行电压下气泡发生放电产生大量H2、CH4 及C2H6 等气体，气体的存在不断地加速绝缘的劣化，使产气速率逐渐加快，最终造成膨胀器拉伸。

3 倒置少油电流互感器制造工艺

按照油浸式电流互感器的结构特点及生产工艺流程，结合运行过程发生的典型缺陷及其原因分析，在设计及生产制造过程中，应加强绝缘包扎、干燥、真空注油及产品卧倒运输时器身的支撑处理等方面的管控。

3.1 绝缘包扎

倒置少油电流互感器在绝缘内设有导电或半导电的电屏，把油纸绝缘分为多个绝缘层，为保证电压在电屏之间均匀分布，应使每对电屏间电容量基本相同，通常按照等厚绝缘设计，即各相邻绝缘层厚度相等。

由于倒立少油电流互感器二次屏蔽头呈环状，若保持环状结构内、外径等厚度包绕，需在环状屏蔽壳外径处增加绝缘纸，互感器头部包绕时需手工完成。倒立油浸式电流互感器的绝缘包扎是其绝缘系统的核心部分，作为互感器设计、生产过程的关键点，必须加强控制，通过合理设计包扎工艺，加强包绕过程质量管控，降低手工包绕带来的工艺分散性是提高设备合格率的关键所在。

3.2 绝缘干燥

油浸式电流互感器不仅与绝缘油、绝缘纸的性能有关，而且与绝缘介质中含水量密切相关。含水量高的油纸绝缘介质绝缘性能低下，不仅电气强度低，且介质损耗大，损耗发热加速绝缘介质老化，甚至发生热击穿。因此互感器绝缘纸必须经过去除水分的干燥处理。影响绝缘干燥效果的主要因素有绝缘材料内的温度及其分布、干燥处理的最终真空度和干燥处理时间三个方面。

3.3 真空注油及脱气工艺

绝缘纸脱气不彻底残留气泡是诱发绝缘层间局放的一个重要因素。绝缘层间存积气泡改变电容屏间的电压分布，使个别电容屏承受较高的场强，出现严重电晕或较强的局部放电，局部放电过程中产生气体的气泡放电又加剧了局放程度，如果没有被发现或处理不及时，最终将导致绝缘层贯穿性放电击穿。

倒置少油电流互感器真空注油前需从器身顶部以均匀的速度抽真空，达到指定真空度并保持规定时间后，从底部向器身注油，注油全过程应保持真空，注入油温度宜略高于器身温度，减少绝缘纸中残留气泡进而降低局放发生的概率。

3.4 运输环节结构设计

220 kV 及以上电压等级倒立少油电流互感器由于高度限制，一般采用器身卧倒形式运输。在该种运输方式下，互感器器身重量由头部及底座承担。

目前，解决倒立少油电流互感器运输过程中头部支撑问题主要通过互感器二次绕组器身与储油柜仿形设计，以及对二次绕组器身与储油柜间加装纸板固定等装配工艺加以控制;二次绕组器身与储油柜仿形设计通过控制二次绕组器身的尺寸，并将储油柜的形状设计成与其匹配的外形及尺寸，保证二者最大圆弧面接触，增大了互感器卧倒运输时储油柜对二次绕组器身的支撑面;同时通过二者的尺寸匹配限制了二次绕组器身在储油柜中的移动，从而有效降低绝缘材料的磨损。

3.5 密封

倒立少油电流互感器运行时内部需保持微正压，运行时潮气防止进入。由于倒立少油电流互感器自身内部油量就比较少，若出现渗漏油现象，必然对绝缘系统造成一定危害，目前互感器制造厂一般都通过将头部原有储油柜上下两部分焊接成一体的结构改进方法，取消密封圈，或在储油柜上下部分密封面采用双道密封圈结构设计，来有效保证密封性能，同时在互感器抽真空注油时，加强器身整体密封性检查以有效降低渗漏油缺陷，提高设备运行可靠性。

3.6 金属膨胀器选型

互感器金属膨胀器的选用除满足不同运行温度下补偿油位变化，若互感器配置的膨胀器油量不足以补充由于温度变化所需油量，在温度骤降时，绝缘油收缩、油位偏低，器身出现负压，密封面破坏，潮气会侵入造成主绝缘击穿或最低油位头部位置的绝缘场强就会发生改变引起低能量局放。因此综合互感器的运行环境及温升选配合适的金属膨胀器对于保障倒置电流互感器的安全运行具有重要的作用。