倒置式电流互感器家族性缺陷分析

崔杨柳

（国网江苏省电力有限公司南通供电分公司，江苏 南通 226000）

0 引言

随着超高压、特高压电网建设的发展，倒置式电流互感器凭借其独特的优点和显著的经济技术指标，在全国范围内得到大量应用[1−3]。倒置式电流互感器的一次、二次绕组集中布置在其顶部，避免了正立式电流互感器主绝缘位于产品底部易受潮的问题，可有效降低电流互感器因受潮而被击穿的可能性。对倒置式电流互感器头部的绝缘设计及生产工艺的要求更高[4−5]。由于受生产和安装工艺水平、试验手段的局限性等因素的影响，倒置式电流互感器故障时有发生[6]。近几年国家电网范围内的倒置式电流互感器故障率较高，故障类型包括过热、局部放电、爆炸等。作为电网中的重要电气设备，电流互感器在运行中发生故障会造成严重后果[7]。本文以3台有缺陷的倒置式电流互感器为例，对其进行诊断性试验并解体检查，经分析发现这3台电流互感器的器身颈部与瓷套法兰尺寸配合不合理、绝缘纸包扎工艺不成熟是异常的主要原因，属于家族性缺陷。

1 故障概况

在例行油样检测中发现某省两地市共3台500 kV电流互感器乙炔含量异常，且其中2台的现场数据已经超过注意值。查阅运行数据，这3台电流互感器近期均未遭受不良工况，运行环境良好，因此乙炔异常不是外部因素引起的。查阅设备台账，这3台电流互感器均为同一公司在2008年生产的产品。如此密集相似的缺陷表明，此类缺陷很可能是家族性缺陷。

2 故障原因分析

2.1 现场数据分析

在现场例行油样检测中，3台电流互感器油中溶解气体数据如表1所示。

表1 电流互感器油中溶解气体 单位：μL/L

文献[8]规定，500 kV电流互感器乙炔注意值为1 μL/L，氢气注意值为 150 μL/L，总烃注意值为100 μL/L，这3台电流互感器均产生乙炔，其中有2台超标，其余气体含量均在正常范围内。从油中溶解气体来看，乙炔含量异常，初步判断电流互感器存在局部放电缺陷。

2.2 返厂试验数据分析

将这3台电流互感器返厂进行解体分析，在解体之前，再次对这3台电流互感器进行诊断性试验。

静置48 h后，对这3台电流互感器的油样进行油中溶解气体、击穿电压、介质损耗因数、含水量和含气量检测。其中油中溶解气体数据如表2所示，对比运输前后的油中溶解气体数据可以发现，各气体含量都相应上升。电流互感器在躺倒运输过程中，特征气体发生了对流，原来集中在电流互感器头部的气体对流到电流互感器下部，导致在下部取样的油样中气体含量上升。

表2 电流互感器油中溶解气体 单位：μL/L

油样的击穿电压、介质损耗因数、含水量及含气量数据如表3所示。根据相关标准，除乙炔含量异常外，这3台电流互感器的击穿电压、介质损耗因数、含水量和含气量均在合格范围内。

表3 油的击穿电压、介质损耗因数、含水量和含气量

在对设备进行的绝缘电阻、二次绕组电阻、介质损耗因数、电容量、短时工频耐受电压、局部放电测量试验项目中，除局部放电测量试验外，其他试验未见异常。

对于局部放电测量试验，这3台电流互感器检测的波形相似，呈现出局放量随电压升高而稳定增长、放电波形成单边分布、熄灭电压低于起始电压且熄灭和起始电压均低于运行电压等特点。由上述试验结果可初步判断，这3台电流互感器的乙炔含量异常都是电流互感器头部缺陷导致局部放电引起的。

3 解体检查

在设备解体之前，首先检查电流互感器的外观，这3台电流互感器的密封均完好无损、无渗漏现象，产品表面清洁无油迹。在电流互感器绝缘油放尽后，拆除金属膨胀器，打开电流互感器储油柜，将内部主件缓慢向外抽出，可以观察到电流互感器内部情况，然后逐步拆除绝缘层。

文中所述钟表方向为从电流互感器P1极往P2极方向看，其中电流互感器油箱顶部为12点方向，油箱底部为6点方向。具体检查结果如下：

1）某乙变5051 B相。P2极颈部绝缘包扎凸出，按压有空洞，角环按压有响声；3点钟方向皱纹纸有一个击穿点，附近皱纹纸有游离碳痕迹，该击穿点贯穿铜带与皱纹纸之间的半导体纸，铜带与角环之间的半导体纸未发生击穿；第三层角环压痕朝上10 cm左右有一道深沟。

2）某乙变5061 B相。3点钟方向处皱纹纸、半导体纸有明显孔洞，直径约3 mm，铜带局部烧熔，铜带内第一层角环有游离碳痕迹但未击穿；5点钟方向皱纹纸、半导体纸有明显孔洞，铜带局部烧熔，铜带下方半导体纸及角环未见异常；6点钟方向皱纹纸存在游离碳痕迹但未击穿；7—9点钟方向皱纹纸、半导体纸有明显孔洞，第一层角环有明显游离碳痕迹。

3）某甲变5051 C相。8点钟方向皱纹纸、半导体纸有明显孔洞，高压屏铜带局部烧熔，对应击穿点烧穿11层角环（高压屏至中间屏约300层，中间屏至铁芯罩壳约300层），击穿点周围有游离碳痕迹，直径约3 cm；9点钟方向对应击穿点烧穿2层角环；6点钟方向对应击穿点烧穿1层角环；4点钟方向击穿点贯穿半导体纸外层的皱纹纸，半导体纸及铜带无损伤。

通过对这3台电流互感器的缺陷进行分析，得到以下结论：

1）器身颈部与瓷套法兰尺寸配合不合理，间隙较小，器身P1极、P2极、6点钟方向基本处于封闭状态，严重挤压导致头部与直线段绝缘油流通不畅甚至分区，部分角环移位，油道分布不均匀、角环皱褶，局部电场畸变。

2）运行过程中断路器操作、本身正常振动等导致瓷套法兰与皱纹纸磨损，且头部半导体层外仅由一层绝缘包裹，皱纹纸磨穿后，高压屏与瓷套法兰呈不可靠连接状态。

3）高频过电压或接触不良可导致绝缘破损部位火花放电，产生乙炔并造成附近绝缘纸碳化，半导体层下方损伤的绝缘沿电场方向发展，最终可发展为贯通性绝缘击穿。

本次发现的是局部绝缘击穿的早期缺陷。该类缺陷主要是器身颈部与瓷套法兰尺寸配合不合理以及制造和安装工艺不过关引起的，具有热效应不高、产气量不大的特点，除色谱分析外的现有检测手段不易发现。

4 结语

针对本文案例中倒置式电流互感器的缺陷建议：优化倒置式电流互感器设计，尤其是对电流互感器颈部的尺寸加强论证；加强对倒置式电流互感器的制作及安装工艺的管控；规范倒置式电流互感器的例行试验，具备条件时可适当增加油化验次数。