220 kV电流互感器故障分析及防范措施

王海滨，刘忠顺，于丰友

(沧州供电公司，河北 沧州 061000)

1 故障概况

某电流互感器型号为LB9-220 W，2003年2月生产，2003年9月投运，交接试验各项数据合格。2007年3月2日，该TA出现油色谱异常情况，其现象为氢气、甲烷、乙烷、乙炔及总烃等含量明显增高，而且产生率较快,实测数据见表1。现场对该TA进行局部放电测试，放电量大于1 000 pC。

表1 油中气体体积分数实测数据 μL/L

测试时间及相别φ(H2)φ(CO)φ(CO2)φ(CH4)2003-09-29W相6.913.3221.70.242005-05-15W相25.954.1442.81.72007-03-02U相24.864.3617.71.58V相25.2796151.5W相21 521.442.9651.21 987.55测试时间及相别φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C2H2)φ(总烃)2003-09-29W相---0.242005-05-15W相---1.72007-03-02U相---1.58V相---1.5W相0.59188.690.562 177.39

从表1可见，H2、CH4、C2H2及总烃体积分数均大大超过了《变压器油中溶解气体分析及判断导则》中所规定的注意值，其中W相TA氢气超标143倍，总烃超标21.77倍[1-2]。根据油中气体组分体积分数变化的特征及三比值法进行分析，三比值特征代码为010，属含气空腔型的低能量密度的局部放电。U相和V相数据正常，为了排除色谱分析过程中可能出现的产生误差的偶然因素，进行2次跟踪，但数据基本相同，都在误差范围之内。特别是氢气已经达到21 521.46 μL/L，导致TA内部压力很大，已濒临爆炸边缘，于是立即将这台TA退出运行，进行返厂试验。

2 故障查找

2.1 试验数据分析

查找近年来该TA的停电绝缘试验数据[3]，见表2。 返厂后的介质损耗和电容值见表3。

表2 近年来绝缘试验数据

测试时间及相别tanδ/%CX/pF整体绝缘电阻/MΩ末屏绝缘电阻/MΩ出厂试验W相0.2467382003-08-15(交接试验)W相0.28725.8100 000100 0002004-11-26W相0.38727.4100 00030 0002005-05-15W相0.306731100 00015 000

表3 返厂后不同电压下W相介质损耗和电容值

施加电压值/kVtanδ/%CX/pF101.107733731.418734146 1.459736

从表3中可以看出，介质损耗超标，规程要求值为0.7%，该TA返厂后，在厂家进行了局部放电试验和绝缘油色谱分析，所测色谱数据和局部放电量同现场所测数据基本相符，查出厂报告，出厂时局放量仅为4 pC，为了查明产气原因，对该TA进行吊芯解体检查[4]。

2.2 吊芯解体检查

TA的原绕组由扁铜线弯成“U”字形，主绝缘是多层电缆纸和很簿的铝箔每层交替间隔制成的电容型绝缘。其电容型绝缘全部包绕在“U”字形的原绕组上，缠绕紧密，TA主绝缘未发现击穿闪络痕迹。解体中，将主绝缘层层扒开，发现有制造工艺上的缺陷，如绝缘纸搭接不当，使绝缘纸起皱产生空隙，或手工包扎绝缘纸带不紧、皱褶多，绝缘纸层有许多空气穴，缠绕电容屏的铝箔几处起皱褶，造成局部放电。这说明该TA的主屏电容在绕制过程中存在能引起局部放电的绝缘弱点，而该绝缘缺陷用常规的绝缘试验方法难以发现，互感器运行后长期产生局部放电，其积累效应导致油纸绝缘老化分解。

3 原因分析

从以上现象分析可知，该TA故障的主要原因是铝箔及绝缘纸的皱褶引起的局部放电。铝箔每出现一个皱褶，就多出一个夹层空间，致使主电容屏电场结构发生变化，因此，高压电场分布也相应地发生变化。通常空气的介电常数比固体绝缘介质的介电常数低，而介质的介电常数与其所能承受电场强度成反比。在电场作用下，气泡承受的电场强度比固体介质高，而空气的击穿强度又低于固体介质，因此，当外加电压升高到一定值时，就会造成空气的局部击穿而产生局部放电。在局部放电时，使油分解，再加上油中原来存在着一些杂质，容易使纸层处凝集着一种因聚合作用而生成的橙黄色蜡状物，而该TA内部放电产生的蜡状物，则是造成介质损耗tanδ增大的主要原因。蜡状物的生成，使绝缘的介质损耗tanδ激增，所以会出现tanδ超标的现象。皱褶的出现，象平地凸起一个“峰”，在强高压电场作用下，这类“峰” 就越易放电，该TA故障隐患属积累效应。

色谱异常的原因同绝缘纸绕制工艺存在一定的缺陷有直接关系。由于绝缘纸在卷绕过程中，工艺不良，致使一次绕组包扎的绝缘纸层出现大量皱褶，形成空腔，真空干燥不良，投运后在电场作用下，残留气体在绝缘纸层中或铝箔中形成局部放电，导致产气，这种产气激化局部放电后又加剧产气，如此不断积累、扩大，最后从固体绝缘缺陷逐步发展到绝缘油色谱超标故障。

4 防范措施

a. 制造厂继续对该TA缺陷原因做进一步的分析研究，主要包括绝缘油成分，电容屏电场分布、含有疑似X蜡物质的绝缘纸、原材料质量、生产工艺流程、工装设备等方面可能存在的问题。严把质量关，加强生产工艺流程控制，提高产品设计水平，加强进厂原材料、半成品和成品的检验力度，重视互感器绝缘油色谱分析，防止此类问题再次发生。

b. 对同厂家、同批出厂的该种设备，在公司范围内进行一次油色谱分析检查，进行初步诊断。对于诊断结果为异常或可疑的设备应缩短油色谱检测周期，跟踪分析，考察其增长趋势，若数据增长较快，应引起重视，并增加其他必要的检测手段，从而对设备缺陷的性质和位置做出进一步的判断。一旦发现问题，应立即退出运行，将问题消灭在萌芽状态。

c. 工作人员应提高设备运行维护、检修管理水平，严把输变电设备验收关及运行监督关，结合状态检修工作开展设备评估，发现设备运行中存在的不足，及时消除隐患。

5 结束语

该TA反映出来的异常现象是产品制造方面的问题所致，即由于皱褶、空气穴的存在，导致一系列的电气—物理—化学作用，这种作用是影响绝缘寿命的主要因素之一。建议严把质量关，从制造工艺、产品设计、原材料检验等多方面采取有效措施，确保设备制造质量。

参考文献：

[1] Q/GDW 04-10501047-2010，河北省电力公司输变电设备状态检修试验规程(试行)[S].

[2] GB 7252-2001，变压器油中溶解气体分析及判断导则[S].

[3] 陈天翔，王寅仲.电气试验[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4] 陈化钢.电力设备异常运行及事故处理[M].北京：中国水利电力出版社，1999.