一起110 kV气体绝缘电流互感器放电事故分析

马永福，包正红，张红强，王理丽，陈 尧，林万德，王生杰，李子彬，王尚斌

(1. 国网青海省电力公司电力科学研究院，青海 西宁 810008；2. 国网青海省电力公司海东供电公司，青海 海东 810600；3. 青海电研科技有限责任公司，青海 西宁 810008)

0 引言

电流互感器是电力系统保护及测量装置中电流参量的来源，其可靠性与稳定性对电网安全运行起到了至关重要的作用。因SF6气体具有良好的绝缘性能，由SF6气体作为主绝缘介质制造的电流互感器以其优越的绝缘、抗震、防爆性能以及维护周期长等特点，在电力系统中得到了广泛应用，并已开始逐步取代油浸式结构的产品。但是由于气体绝缘电气设备对内部电场、密封性能、气体质量等有着较高要求，局部小缺陷可能会引起设备整体故障，进而引发电网事故，因此需要从设备设计制造、安装验收、运行维护等各环节进行差异化对待。

本文针对一起持续运行近20年的110 kV气体绝缘电流互感器放电事故，通过外观检查、电气试验、气体检测、解体分析、相间比对等方法，结合故障时运行工况、站内操作、天气情况等因素，综合判断了事故原因并提出了相应建议措施。

1 事故概况

2021年1月9日13时47分，某110 kV变电站1号主变110 kV侧81号开关C相电流互感器发生单相接地故障，造成81号开关跳闸，如图1所示。现场检查发现C相电流互感器气体密度继电器表显气压接近为0，靠近P2侧外壳表面有一处放电痕迹，放电点漆皮已脱落，临近放电点周围的漆皮被烧成褐色并有多点鼓包现象，人手触摸放电点时明显感觉到有小凸起，如图2所示。故障前站内无操作，电网电压、电流等参数正常。

2 电流互感器结构

故障电流互感器型号为LVQB-110W2，出厂日期为2000年5月，投运日期为2000年11月，绝缘介质为SF6气体。

该型号电流互感器为倒立式结构，整体结构示意图如图3所示；为了便于故障原因分析，绘制其俯视结构示意图和端面截面示意图如图4和图5所示。气室内主要部件从内到外分别为一次绕组的两匝线圈(两匝线圈为同轴结构，线圈间通过绝缘材料隔离)、屏蔽筒(屏蔽筒内包含铁芯及二次线圈)和外壳，运行状态下屏蔽筒通过二次线屏蔽管接地，外壳通过外部连接板和金属支撑件与中心高压导体保持等电位，中心高压导体与屏蔽筒间、外壳与屏蔽筒间依靠SF6气体绝缘。

3 试验检测

故障发生后，运维单位第一时间将故障所在整组电流互感器进行了更换，并将故障相C相电流互感器和非故障相B相电流互感器在试验大厅内进行了一系列诊断试验和解体检查比对工作，具体情况如下。

3.1 绝缘电阻测量

对B、C两相电流互感器开展了绝缘电阻测量，试验结果如表1所示。

绝缘电阻测量结果表明，正常相B相和故障相C相电流互感器各绕组间绝缘电阻均合格，表明C相主绝缘绝缘未受到损伤或在故障后恢复。

3.2 气体组份检测

C相电流互感器在故障后气室表压接近为0，内部气体已全部泄漏完毕，无法开展气体组份采样，故未对该气室进行气体组份检测工作。

B相电流互感器内部气室表压为0.41 MPa，略大于设备额定压力值0.40 MPa，经检测SF6气体纯度为99.97%，CO含量为6.6 ppm，无其它特征气体，微水含量约为12 ppm。检测结果表明B相电流互感器气室内SF6气体性能符合运行要求。

3.3 充气检查

C相电流互感器在故障后气室表压接近为0，说明气室密封出现破坏情况，为查找密封破坏点，对该电流互感器通过充气口进行充气，在气室内高压情况下使用红外测漏仪检测其漏气点。

在充气到电流互感器气室表压显示约为0.3 MPa时，人耳听到底部密度继电器附近出现“嘶嘶”漏气声，现场人员闻声向漏气点寻去并用手拍打了一下密度继电器，密度继电器底部气回路连接管与接头密封螺母处出现大规模漏气，并不断从漏气点吹出白色絮状物质，白色絮状物质在落地后消失，漏出的高压气体将箱体下表面灰尘吹净，如图6所示。

继续充气至表压值为0.35 MPa以上，将密度继电器气回路阀门关闭后螺母接头处不再漏气，使用红外检漏仪对本体其它位置进行检查时未发现新的漏气点，表明螺母接头处为气室唯一漏气点。

4 解体检查

4.1 C相电流互感器解体检查情况

C相电流互感器外表面有明显高温灼烧痕迹，被灼烧处有轻微鼓包现象。在试验大厅内对电流互感器进行拆解，发现故障放电点为外壳高电位对屏蔽筒地电位放电，其中屏蔽筒表面放电位置为内、外铝制屏蔽层拼接处，故障电流将外壳内壁烧蚀出深度约为5 mm的凹坑，并将两层厚度约为3 mm的铝制屏蔽筒烧穿，其中靠近外壳的烧穿孔面积更大，气室内有大量分解物，中心高压导体和外壳端盖等位置有大量金属喷溅物，离故障点最近的二次线圈表面绝缘材料有被高温融化的痕迹但无放电痕迹，如图7—图10所示。

拆解密度继电器及气回路连接管时，发现气回路连接管与接头密封螺母处有松动现象，但密封螺母、继电器支撑板和紧固螺母间整体紧固状况良好，如图11所示。旋出密封螺母，发现接头处橡胶密封圈状况良好，仍呈圆环状并且有弹性，未发现有破损和变形迹象，连接管密封头内部有铜锈现象，如图12所示，其余金属部件表面和螺纹等均未发现异常。

4.2 B相电流互感器解体检查情况

为进行比对分析，将B相电流互感器按照C相拆解顺序和拆解方式进行解体，B相电流互感器整体密封良好，密度继电器气回路连接管与密封螺母间紧固可靠、无松动现象；气室内部清洁状况良好，如图13所示，其中心高压导体、二次线圈屏蔽筒和外壳表面均未发现明显放电等异常情况，屏蔽筒内外屏蔽层拼接处发现有拼接错位和紧固螺丝未拧到位的现象，如图14所示。

4.3 两相电流互感器密度继电器检查

4.3.1 C相电流互感器密度继电器

为判断C相电流互感器密封圈及其密封螺丝、密封头等整个密封系统的密封性能，在实验室开展了充气检查工作。使用SF6密度继电器校验仪和专用工装，从密度继电器气回路连接板处向继电器充气，如图15所示，在以下两种情况下控制气压到0.4 MPa后用红外检漏仪检查其附近漏气情况：

(1)按要求放置密封头和密封圈，在不使用扳手等任何工具情况下用手拧紧密封螺母，观察约25 min未在校验仪到密度继电器的整个回路中发现漏气情况，如图16所示。表明该密封系统的密封性能良好，在密封螺母紧固适当时仍可以起到密封作用。

(2)逐渐将密封螺母旋松，模拟解体时密度继电器气回路连接管与接头密封螺母处松动状态，发现松动处逐渐开始大规模漏气，与解体时充气检查情况一致，如图17所示。

4.3.2 B相电流互感器密度继电器

B相电流互感器在解体过程中密度继电器及气回路连接管保护较好，其初始状态未发生改变，在充气压力达到0.4 MPa时整个回路未发现有漏气现象。

5 原因分析

1)绝缘电阻测量结合解体检查结果表明，C相电流互感器在发生气隙击穿时内部主绝缘被破坏，电弧消失后恢复到正常合格状态；B相气室内气体微水及组份检测合格，排除气体绝缘性能造成故障的因素。

2)在C相电流互感器解体前充气检查过程中，发现密度继电器底部气回路连接管与接头密封螺母处大规模漏气，经手拍打后漏气现象加剧，判断气回路连接管与接头密封螺母处本身密封不良，在外力作用下有进一步裂化情况，造成密封不良的原因可能为密封系统(密封圈及金属部件等)异常失效或密封螺母未拧紧。

3)C相电流互感器密度继电器实验室检测情况表明密封系统并无异常失效情况，解体发现气回路连接管与接头密封螺母处有松动现象，但密封螺母、继电器支撑板和紧固螺母间整体紧固状况良好，判断密度继电器和气回路管密封螺母未拧紧，3个紧固体装配尺寸不合格，密封圈未被压紧、密封可靠性差，在1月8日～9日极寒天气情况下密封圈、金属部件体积缩小，且由于不同材料膨胀系数不一致造成体积形变量不一致，密封间隙增大，进而导致漏气。

4)电流互感器气室内充气量相对较少，并且气室压力值未上传至监控后台，当漏气持续时气室内气体压力迅速下降，造成中心高压导体与屏蔽筒、外壳与屏蔽筒之间的绝缘水平不断下降，在某一临界状态下发生气隙击穿，进而导致故障发生。从解体情况可以看出，内、外铝制屏蔽层拼接处有金属边沿突出或错位情况，表明此处为气室内部电场较为集中的位置，在绝缘不满足要求时大概率将率先击穿，这与屏蔽筒表面放电点在屏蔽层拼接处相印证。

6 结论

综合上述分析，造成本次故障的原因是：C相电流互感器密度继电器气回路连接管接头密封螺母未拧紧，导致内部密封圈未被压紧、密封可靠性差，在极寒天气等外部因素影响下密封圈及金属部件发生形变出现漏气现象，因气室充气量少，内部气压在短时间内下降进而导致气隙绝缘击穿，击穿位置为电场相对集中位置。

7 建议及措施

提高对户外布置的气体绝缘电流互感器的重视程度，在全省范围内排查该类型电流互感器使用情况，并采取针对性运维措施：一是将所有气体密度继电器报警信号、闭锁信号等全部接入监控后台，实现气体压力远程监控，保证设备漏气时运维人员能够及时发现并处置；二是缩短巡视周期，定期检查电流互感器外观并记录气体压力值，如遇极寒天气等外界环境剧烈变化时应重点关注；二是开展带电检测工作，检测项目包括红外测温、红外检漏和气体组份检测，检测项目可结合现场实际灵活选取；三是结合停电周期开展电气试验，项目包括绝缘电阻测试、角差比测试和气体组份检测等；四是做好备品备件储备。

在气体绝缘设备到货验收时，注意检查气管连接等隐蔽部位，确保各部位连接可靠，无松动、变形、密封失效等问题，做好充入气体的组份和微水检测工作，严格按照规程要求完成现场交接试验，把关设备入网质量。

做好设备选型工作，在高原地区选用气体绝缘电流互感器时应经充分论证，所用设备的结构、材料、工艺等均应满足高海拔大温差环境下的安全运行要求。同时，应对设备运输、吊装等环节进行管控，避免设备结构或零部件损坏。