支柱式浇注绝缘电流互感器局部放电试验分析与研究

于杰，陈莹

（江苏靖江互感器股份有限公司，江苏 泰州 214500）

局部放电是一种由于电场不均匀导致的产品缺陷。局部放电缺陷不会对产品绝缘立即造成影响，通常情况下，不会在短时间内形成绝缘击穿或者爬电。它对绝缘的破坏从局部开始，产生的局部发热、带电粒子的撞击、活性生成物以及射线等，会损害绝缘材料。它是一个缓慢发展的过程，发展严重的绝缘破坏，最终可能导致绝缘击穿，对运行中的高压电气设备是一种安全隐患。

局部放电是国家电网开关柜验收的重要指标，国家电网Q/GDW11835-2018《12kV-40.5kV 交流金属封闭局部放电试验导则》中规定：12 ～40.5kV 开关柜出厂局放试验1.1Ur下最大允许放电量100pC。因此，开关柜厂家对对互感器提出了1.1Ur下最大允许放电量10pC 的规定要求。目前局放问题是支柱式浇注绝缘电流互感器不合格的主要原因，困扰着众多互感器生产厂家。

文中明确局部放电试验方法，采取措施排除试验干扰，结合35kV 支柱式浇注绝缘电流互感器产品实例，分析了集中典型的局部放电波形和导致的诱因，并提出了解决方案，为生产厂家解决局部放电问题提供了参考依据。

1 局部放电试验

本文采用脉冲电流法测量局部放电，建立并联法测试回路如图1。当产生一次局部放电时，试品Cx两端产生一个瞬时的电压变化U，经过耦合电容器Ck耦合到检测阻抗Zm上，回路中就会产生一脉冲电流i，将脉冲电流i 流经检测阻抗产生的脉冲电压予以采集，放大和显示，就能测定局放量。

图1

采用并联法测试回路时，耦合电容Ck为被试品CX与测量阻抗Zm之间提供一条低阻抗通道。低通高压滤波器Z 可以让工频电压作用到试品上，阻止被测的高频脉冲溜走或电源的高频噪声通过。这种方法非常适合被试品一端接地的情况，同时被试品被击穿时，不会危及人身和测试系统的安全，是一种安全可靠的测试方法。导致电器设备局部放电有设备本身的缺陷、运行状态或试验条件的影响。互感器生产厂家主要从产品本身缺陷改善和完善实验条件两个方面考虑解决产品局部放电问题。

2 排除试验干扰

在局放测试过程中的干扰有两类：一类是试验回路未通电时就有的干扰，包括无线电波、附近高压试验、电机的电刷和整流设备等。还有一类是仅在通电后时才产生并随试验电压升高而增加的干扰，例如，电源谐波、引线电晕、导体有悬浮电位引起的放电。为此我们设计了排除局放测试中最常见的干扰因素。

2.1 全屏蔽实验室

建立全屏蔽局放试验室是最有效的抗干扰方法。屏蔽实验室六面为全屏蔽钢板结构，具有良好的隔离系统，能有效地防止静电场、磁场和高频电磁波的干扰。除硬件干扰外，全屏蔽局放实验室还通过隔离变压器和电源滤波等软件设计对屏蔽室进行抗干扰设计。

2.2 试验导线一次端和接地线

高压端连接的金属部件或导体要避免尖端，配置均压装置，通常互感器生产厂家采用屏蔽罩或均压环的方式。高压端电场得到均匀分布，保连接导线对试验品不形成局部放电。在整个试验回路采用独立的一点接地，有效消除接地系统的干扰。同时附近其他接地设备装置也应该确保良好接地，避免有悬浮电位的产生对试验回路造成影响。

2.3 试验区域设置

除试验设备连接的线路外，试验区域附近的大型设备运行也会对局部放电实验造成影响。因为其运行时可能会产生间歇性脉冲干扰，通过空间向周围发射，形成空间干扰。试验区域设置远离重型设备。经过以上抗干扰措施后，测试背景局放量仅为0.07pC。局部放电试验环境及设备干扰有效排除。

3 试验分析

我们以35kV 支柱式浇注绝缘互感器为例，把试品按照图1 连接试验电路，开展试验分析。

3.1 接地不可靠放电

接地不可靠是互感器局部放电试验的一种常见问题。因为互感器是铁心及二次绕组通过安装嵌件连接底板最终接地，如果互感器底板装配不紧固，会导致互感器接地不良。主要原因是互感器接地嵌件里在生产过程中有树脂渗漏，底板在安装时，螺丝可能接触到绝缘树脂上，影响了底板安装螺丝和接地嵌件的连接可靠性。比较常见的接地不可靠波形见图2，其波形特点是四个点均匀对称分布放电，通常这种缺陷导致的局部放电量很大，一般可达上千皮库。

图2

3.2 外部一次端放电

高压端一次接线块有毛刺也是局放试验不合格的一种常见诱因。当局部放电起始电压和熄灭电压接近时，例如，35kV 互感器放电起始点45kV，熄灭点44kV。内部缺陷被激发出来后产生局部放电随着施加电压的降低很容易熄掉，起始点和熄灭点很接近。这种不合格情况放电量并没有明显特点，从几十皮库甚至到上千皮库不等。但是放电波具有明显特征如图3，第一象限单独有放电。

图3

3.3 内部放电

内部放电是互感器局放不合格最难解决的问题，浇注体内部气隙、金属导体的尖端未屏蔽导致场强集中、金属粉末、焊料残渣污染、以及偏心等问题都可以导致内部电场集中，局部放电。

内部放电波形特征为图4，一般呈上下两半对称放电。以35kV 电流互感器为例，起始放电电压为54kV，熄灭电压18kV。起始放电电压很高，熄灭电压很低，说明产品内部缺陷被激发出来后产生局部放电量，且放电不容易熄灭。轻微缺陷放电量一般不大，通常在50 ～100pC 左右。当该种波形放电量很大至几千皮库时，可能考虑内部绝缘问题，多为内部浇注大气泡或固化异常。

图4

4 改进措施

4.1 改进产品外部放电

接地不可靠放电和外部一次接线端子放电均属于互感器的外部放电。接地不可靠的局部放电情况，只需要将底板螺丝拆卸后，用酒精清理干净浇注体嵌件丝孔内的残留树脂。保证底板和浇注体嵌件可靠接触，待自然干燥后安装后试验，局放可从上千皮库下降到几皮库，改善效果尤其明显。产品一次接线端子放电，常见于支柱式浇注绝缘电流互感器。因一次接线块有毛刺引起，可对一次接线块边和角进行打磨处理，局放问题即可改善。

4.2 改进产品内部放电

解决产品内部放电问题比较复杂，常见的典型问题有以下几种。

（1）内部有裂痕。互感器内部由一次绕组、二次绕组、缓冲层三部分组成，由环氧树脂浇注成型。一次绕组是由铜带绕制并包扎缓冲层。因为树脂的收缩率比金属的收缩率大很多，如果缓冲层太薄，则达不到缓冲效果，可导致树脂和一次绕组结合处树脂开裂。生产厂家采用皱纹纸半叠两层，J-30 半叠一层方法进行缓冲包扎。当动稳定电流大于35kA/3s 时，还需要加包无纬带、硅橡胶带半叠一层加强缓冲，防止短时大电流冲击下树脂和线圈相结合处树脂开裂。

（2）有悬浮金属颗粒。支柱式浇注绝缘电流互感器内部的悬浮金属颗粒可能包括焊渣、铜粉末。在线圈器身制作过程中可能使一次绕组、二次绕组屏蔽表面吸附工作台上的打磨残渣金属粉末。焊二次出线时，不小心可能有焊渣滴落器身上，二次出现刮漆膜的过程有可能有飞溅金属粉末落在器身上。这些细微的金属杂质吸附在器身屏蔽表面在电场的作用下可能导致金属上有电位悬浮，从而导致局部放电。解决金属颗粒污染问题要保证作业环境，保持操作工位清洁，焊接时进行有效的物理防护，二次出现刮漆设备采用安装防护罩收集刮漆金属粉末，防止污染线圈。

（3）内部有气泡。支柱式浇注绝缘电流互感器浇注过程中对真空度、温度、时间都有明确的要求。浇注材料在配料的过程中也会挥发出气体，从而导致产品内有气泡。气体在超过其允许承受的电场强度从而产生局部放电。所以真空度、抽真空时间、浇注温度都影响互感器内部质量。这需要浇注过程的精准控制。

（4）导体有尖角毛刺。导体在加工过程中，不可避免产生尖角毛刺。用半导电皱纹纸带半叠一层包扎的方法可将一次和二次导体的金属导体上的尖角毛刺屏蔽起来，不产生放电。在包屏蔽的过程要注意半导电皱纹纸带要包扎平整，不松散、翻边，特别是一次屏蔽。如果屏蔽作得不光滑，则屏蔽本身的毛刺尖角就会放电。

（5）设计问题。合理的绝缘厚度设计，是产品绝缘性能保证的前提。如果设计主绝缘厚度不够，则导致局部场强过高，从而导致局放或主绝缘击穿。互感器绝缘结构设计不合理也会造成绝缘内部电场分布不均匀，如果某些部位的电场强度低于绝缘介质的起始放电电压水平，则这些部位就容易发生局部放电。通常35kV 支柱式浇注绝缘电流互感器主绝缘厚度设计在18mm 以上。

5 结语

解决支柱式浇注绝缘电流互感器局放问题，生产厂家除需要从软硬件设施上消除干扰因素外，还要根据放电波形特点判断放电成因，从而用对应的方法解决互感器本身放电问题。支柱式浇注绝缘电流互感器局放性能要靠做好每个关键环节去保证。