一起500 kV电流互感器闪络故障情况介绍

王　伟，郑含博，李予全，王利红，李　强

(1. 国网河南省电力公司 电力科学研究院，郑州　450052；2. 国网洛阳供电公司，河南 洛阳　471000)

一起500 kV电流互感器闪络故障情况介绍

王伟1，郑含博1，李予全1，王利红2，李强2

(1. 国网河南省电力公司 电力科学研究院，郑州450052；2. 国网洛阳供电公司，河南 洛阳471000)

摘要：对河南电网1台500 kV电流互感器闪络的典型故障进行了介绍，通过对故障电流互感器的解体检查和结构分析，指出设计和制造缺陷引起局部场强畸变是故障的主要原因。

关键词：电流互感器； 闪络；场强畸变

电流互感器(CT)是电力系统中用于测量和保护的重要设备，在高电压等级的电流互感器中，常常采用SF6气体作为绝缘介质。由于SF6气体具有优良的电绝缘性能[1-7]，因此随着系统电压的不断升高，SF6气体绝缘CT的使用量不断增加，这些CT在运行中发生了各种故障。本文对河南电网一起550 kV SF6气体绝缘CT外绝缘闪络的典型故障进行了介绍，结合该类型CT的结构特点分析了故障原因，指出局部场强畸变是此次故障的主要原因。

1故障CT介绍

河南电网某500 kV变电站内全部采用某合资互感器公司生产的SAS550型CT，该型CT采用倒置式结构，SF6气体绝缘，与传统油浸式CT相比具有绝缘特性稳定、维护简单、抗动热稳定能力强、寿命长等优点[8]。其结构如图1所示。

图1　倒置式SF6气体绝缘CT结构图

该型CT所有的二次绕组封装在一个空心圆柱形铝罩内形成一个整体，铝罩用来改善电场的均匀分布，且通过二次引线的保护管直接接地；一次导线由两根铜导电杆组成，且与铝壳绝缘，通过其端部的串并联装置(在铝壳1的外面)可使两根一次导电杆实行串并联；两根一次绕组的导线封装在一个圆柱形的铝管内，铝管同样是起均匀电场的作用，铝管与铝壳金属联结；绝缘支承杆(共4根)一端接二次绕组的外壳(即接地)，一端接铝支承座上(即接运行电压)，所以绝缘支承杆承受全部的运行电压[9]。

2故障过程

该500 kV变电站1999年投运以来运行一直正常，2014年4月对所有CT进行了红外测温及SF6气体湿度、纯度、分解物、检漏等带电检测，均未发现异常。

2014年5月1日15时5分，该500 kV电站内5013、5022、5031、5032、5033、5042、5053开关跳闸，造成500 kV Ⅱ母失压。经现场查看发现5022开关A相电流互感器，5032、5033开关B相电流互感器闪络，电流互感器安装位置如图2所示，故障前5021、5023开关在分闸位置。

图2　故障点示意图

调看故障录波及保护动作情况，复原故障的详细过程如下：

(1)15时5分50秒：5033开关B相电流互感器闪络造成500 kV Ⅱ母两套母线保护动作三相跳闸，由于故障点位于5033死区位置，5033开关三相跳开，故障未被隔离，5033开关死区保护动作跳开5032开关及BA Ⅱ线。

(2)15时5分50秒：5022开关A相电流互感器闪络，BA Ⅰ线线路保护单跳A相，由于5022开关电流互感器闪络一直存在，BA Ⅰ线线路保护单跳跳三相，5022开关死区保护动作，跳开AC Ⅱ线对侧开关。

(3)15时5分54秒：5032开关B相电流互感器闪络，BA Ⅱ线双套线路保护动作，此时5032开关及BA Ⅱ线已经在分闸位置，AC Ⅰ线双套线路保护单跳B相，5032开关死区保护动作，5031开关及AC Ⅰ线对侧开关三跳。

可知首先有2台互感器几乎同时发生接地闪络，4 s内又有1台互感器发生了接地闪络。故障时段变电站附近为雷雨天气，气温22.7℃，局部风速接近20 m/s。

3现场检查及试验情况

现场检查发现5022电流互感器A相、5032电流互感器B相、5033电流互感器B相外表面均有放电痕迹。其中5032电流互感器B相密度继电器损毁。

故障后现场对郑5033、5032、5022电流互感器进行了SF6气体湿度、纯度、分解物，直阻和绝缘电阻试验，结果如下：

(1)郑5033电流互感器A、C相测试结果正常，B相湿度、纯度数据无异常，分解物气体：SO2数值超过100 μL/L,H2S为13 μL/L，超出标准规定值；绝缘电阻合格。

(2)郑5032电流互感器A、C相测试结果合格，B相SF6气体完全泄露，绝缘电阻合格。

(3)郑5022电流互感器A、B、C三相测试结果合格。

4解体及试验情况

为分析故障的原因，将3台故障的电流互感器运回高压大厅进行解体检查和进一步的试验。首先对电流互感器的外观进行了详细检查，3台电流互感器外表面均有放电痕迹，电弧烧蚀痕迹明显，复合护套本身无硬化、无裂纹等老化现象；表面有脏污，对3只电流互感器的外绝缘表面污秽度进行测试，结果为e级；对3只电流互感器的复合外套进行憎水性测试结果为HC3，憎水性良好，符合防污闪要求。

外观检查及测试后，对内部SF6气体完全泄露的5032电流互感器B相直接解体。解体发现：内部一次导体、屏蔽管表面光洁、无放电或异常；二次绕组屏蔽罩及绝缘支撑件表面干净，无放电痕迹或其他异常；电容屏内部无放电痕迹；玻璃钢筒内表面无放电痕迹或其他异常；电容屏的钢筒与铝接筒接触位置有轻微放电点，该类产品运行后在此部位会产生高频放电痕迹，对主绝缘无影响，在其它正常产品上也多有发现。总体来讲对5032电流互感器B相解体未发现内部绝缘缺陷。

对5033电流互感器B相解体情况与5032电流互感器类似，未发现内部绝缘缺陷。

鉴于5032和5033电流互感器B相解体检查均未发现内部缺陷，可以断定此次电流互感器故障均为单纯的外部闪络故障。为确认外部闪络的原因，决定在高压大厅内对郑5022电流互感器A相开展进一步的试验。

首先对5022电流互感器A相进行了介损测量和工频耐受电压试验，均无异常。在对内部绝缘进行考核后，又开展了工频最高运行电压下淋雨试验。人工淋雨采用45°淋雨(模拟风雨交加)方式，雨水的平均值不小于1 mm/min。根据当地气象数据，雨水电导率为50 μS/cm～2 000 μS/cm，考虑现场严苛条件，最终选择雨水电导率为2 000 μS/cm。施加试验电压为318 kV，然后淋雨，保持淋雨率连续、稳定。初始淋雨时段，电弧主要集中在高压强场强区，在强场强区最先出现电晕，随后电弧逐步由上至下发展，在套管形成明显电弧放电。

此外还在淋雨情况下对电流互感器施加雷电全波冲击，冲击耐受电压1 106 kV，淋雨角度45°，正负各3次，未发现异常。

5故障原因分析

该类型电流互感器曾在国内大量使用，在运行中出现过电容屏故障、支撑件故障、外绝缘闪络故障等数十起各类故障，其中外绝缘闪络故障出现的很少，大量故障均为内部电容屏和支撑件出现击穿甚至炸毁。

高压SF6气体绝缘电流互感器由于绝缘气体本身特性,其电场分布的均匀程度和电场强度分布必须严格控制,以保证其高绝缘特性[10]。而根据统计分析，该公司电流互感器电容屏故障的主要原因为电容屏高压侧等电位铜带的结构和安装工艺不能相互配合，导致总装以后铜带随意弯曲且贴靠在玻璃钢筒内壁，由于复合外绝缘的上法兰深度不够，铜带会有一部分长度落在法兰屏蔽范围之外(见图3)。造成场强畸变(见图4)。极易形成铜带与玻璃钢筒之间在雷击过电压和工频持续运行电压下的放电，在长期运行中，这种放电形成的玻璃钢筒绝缘损伤逐渐扩大，放电生成物造成局部污染，甚至向下不断扩大，最终导致电容屏沿面击穿。

图3　铜带落在法兰屏蔽范围之外

图4　场强畸变仿真图

本次电流互感器故障发生时，变电站周围出现雷雨加大风的恶劣的微气候，查询雷电定位系统得知，在故障发生时间14:58～15:18期间，AC Ⅰ、Ⅱ回线路走廊内落雷12次。故障发生前的14:40～14:58也出现了大量的落雷。

综合上述情况，可以判断该类型电流互感器由于电容屏高压等电位铜带的安装过程缺少质量控制，使铜带末端低于套管上法兰，影响到绝缘外护套局部外电场的均匀性，易产生局部放电；同时该互感器绝缘外护套采用等径伞裙设计，在大雨和大风的作用下伞裙与伞裙间易形成连续的雨水导电通道，使局部放电迅速发展，在套管外绝缘形成多处沿面爬电；最终在雷电侵入波的作用下形成贯穿性对地闪络，导致本次跳闸故障。

本次电流互感器故障虽为外绝缘闪络，与经常发生的内部故障现象不同。但故障的起因均为设计和制造原因造成电流互感器存在局部场强畸变，在恶劣天气的作用下缺陷迅速发展，最终形成绝缘击穿，属典型的产品质量问题。

6结论及建议

本次电流互感器故障的根本原因为设计和制造时考虑不周导致产品存在先天缺陷，在外部恶劣天气的激发下形成放电故障。虽然该类型电流互感器的用量很大，但由于造成缺陷的因素较多

且整改困难，为保障电网的安全运行，建议将该类型的互感器全部进行更换。

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(本文编辑：严加)

Introduction to a Flashover Failure of 500 kV Current Transformer

WANG Wei1, ZHENG Han-bo1, LI Yu-quan1, WANG Li-hong2， LI Qiang2

(1. State Grid Electric Power Research Institute, HAEPC, Zhengzhou 450052, China;2. State Grid Luoyang Power Supply Bureau, Luoyang 471000, China)

Abstract:This paper introduces a typical flashover failure of a 500kV current transformer in Henan power grid. Through the disintegration and structural analysis of the current transformer, we can point out that the failure is mainly due to the transformer local field strength distortion caused by design and manufacturing defects.

Key words:current transformer; flashover; field strength distortion

DOI：10.11973/dlyny201601030

作者简介：王伟(1978)，男，高级工程师，从事变压器类设备的试验研究工作。

中图分类号：TM406

文献标志码：B

文章编号：2095-1256(2016)01-0141-04

收稿日期：2015-12-08