LGB-500干式电流互感器局部放电问题的分析与研究

■ 平高集团有限公司 苏永华

0 引言

电流互感器是一种专门用作变换电流的特种变压器。其在电力系统中的主要作用为：给测量仪器、仪表或继电保护、控制装置传递信息；使测量、保护和控制装置与高电压相隔离；有利于测量仪器、仪表和继电保护、控制装置小型化、标准化。干式电流互感器采用新型的绝缘材料—聚四氟乙烯薄膜材料，以其无油、无瓷、无气（SF6）、非环氧浇注、体积小、质量轻、维护简便、安全可靠、环保等优点，逐渐受到用户的青睐。本文以LGB-500型干式电流互感器（图1）为例，对该类产品在局部放电测量试验中出现的典型问题做一探讨。

1 问题表现

笔者对LGB-500型干式电流互感器进行了一年多的跟踪研究发现：对于非运行中的干式电流互感器产品，出厂试验时局部放电测量试验数据良好，但产品经历一段时间的静置后，重新进行局部放电测量试验，局部放电量变大甚至超过国家标准的相关要求，LGB-500型干式电流互感器局部放电测量试验在不同阶段的试验数据如表1所示。

局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部电场过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现象。局部放电是造成绝缘劣化的主要原因，同时它也是绝缘劣化的重要征兆和表现形式，与绝缘材料的劣化和击穿过程密切相关，能有效地反映电力设备内部绝缘的故障。局部放电逐渐发展，通过对其周围绝缘介质不断侵蚀，最终导致整个绝缘系统的失效甚至引发电力设备爆炸，造成不可逆转的人身安全及经济损失，因此，对于电力设备的局部放电测量试验，我国国家标准中都有着严格规定，对于500kV干式电流互感器来讲，局放量严格控制在20pC(381kV下)；50 pC(550kV下)［1］。

从我们历次的试验结果可以看出：中间两次试验数据较大甚至超出了国家标准规定限值，通过反复摸索，对样机进行有效地处理，并制定合理的试验方案，最终将局部放电量处理到合格范围内。

2 原因分析

2.1 从局部放电试验原理及试验线路来看，干式电流互感器局部放电主要存在于一次绕组的绝缘结构中。干式电流互感器一次绕组结构如图2所示。

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从一次绕组的绝缘结构分析：由不锈钢管（1）作为一次绕组的骨架，铝箔（4）、（5）作为电容屏，聚四氟乙烯薄膜（6）作为屏间绝缘介质。其中，电容屏的敷设是以“U”型不锈钢管为骨架而层层敷设成一系列串联的同轴圆柱型电容屏结构。而按照此种电容屏的敷设进行一次绕组的绝缘计算，计算数据如表2［2］。

聚四氟乙烯作为一种优良的绝缘材料，其临界场强为20-30kV/mm［3］。由表2可知，我们通过计算试验电压下的最大场强17.64kV/mm＜临界场强20kV/mm，满足主绝缘设计要求。这说明我们的一次绕组绝缘结构的设计的合理性。

2.2 从一次绕组包绕的工艺控制过程分析：电容屏的包绕工艺是确保一次绕组具有可靠的电气特性的关键工序。由于电容屏间的绝缘介质—聚四氟乙烯薄膜是一层一层缠绕在圆柱型的电容屏上的。这种包绕结构，是根本无法杜绝层间气泡的存在的。因此，如何尽最大可能的排出绝缘层与层之间的气泡，从而使局部放电水平尽可能低，成为包绕中工艺控制的关键环节。我们在包绕过程中，采取将聚四氟乙烯薄膜进行适量的拉伸，并在绝缘层与层之间加一定量的硅油，包绕完成进行控油以排出气泡等工艺过程来控制绝缘层之间的气泡量。另外，我们的包绕是在防尘间中进行的，这也有效地杜绝了绝缘体中共有导电杂质的存在，使得在该杂质边缘电场集中而产生局部放电的因素。

综上所述：从我们在产品的结构设计、工艺控制过程及出厂试验数据看，都是科学、合理的。但是，产品静置较长时间后，为什么会出现局放超标的现象呢？这里，我们将表1的试验数据进行横向对比：第一次试验：数据良好（气温14℃）；第二次试验：超标（气温-10℃）；第三次试验：数据较大（气温6℃）；第四次试验：数据最好（气温在34℃）。局部放电量随试验时气温变化关系可通过图3来表示。

图3 局部放电量与气温的变化曲线

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由图3，我们大致得出以下结论：对非运行中的干式电流互感器产品，气温越高，局部放电量越小。

由此，我们对低温时局放不合格产品做如下探索式处理：一、将产品放置于烘房内给以适当的温度，烘烤20小时左右；二、产品进行通流20小时左右。经过两种方法处理后的产品局部放电量恢复良好。

根据产品的结构特点，我们确认造成这一现象的原因是：绝缘介质—聚四氟乙烯薄膜在包绕中为了能够尽可能的排出层与层之间的残留的气体，层间加有适量的硅油。当产品经历低温或者气温骤降时，一方面，硅油的流动性变差，导致残留气体的聚集；另一方面，聚四氟乙烯薄膜、硅油材料都有一个热胀冷缩的过程，由于两种材料材质的不同，收缩率不同，气温骤降时，造成绝缘材料层与层之间的缝隙加大，使层间残留的微量气体空间加大，从而使气泡变大，较大的气泡是局部放电量变大的罪魁祸首，直接导致局部放电量的超标。

3 解决方案

目前，要解决静置中的干式电流互感器所出现的这一问题，我们所要做的工作是找到一种在低温下流动性好的绝缘材料来代替硅油。这种绝缘材料必须与聚四氟乙烯具有相近的收缩率，这需要我们研究人员在试验室进行大量的试验研究和比对，找出符合要求的材料来代替硅油，才能从根本上解决这一问题。

需要指出的是：本文仅对非运行中的干式电流互感器产品的局放特性做以上研究与分析，而对挂网运行中的干式电流互感器产品，目前还没有因局部放电量超标引发事故的的产品市场运行报告。我们也通过对产品通流，再试验检测局部放电量，测得局部放电量均合格。这也验证了产品运行特性良好，用户可大胆使用，不必有所顾虑。

［1］GB 1208—2006 电流互感器［S］。

［2］肖耀荣，高祖绵.互感器原理与设计基础［M］.沈阳 辽宁科学技术出版社，2003.

［3］严璋，朱德恒，等.高电压绝缘技术［M］.北京 中国电力出版社，2007.