高压电力互感器缺陷故障现状及措施

孟 毅，严 涛，彭 军

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司武汉供电公司，湖北 武汉 430050；3.国网湖北省电力公司恩施供电公司，湖北 恩施 445000）

0 引言

电力系统用互感器包括电流互感器、电压互感器和电流电压组合式互感器。电力互感器能将高电压变成低电压、大电流变成小电流，用于测控、计量和保护系统。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（通常为100 V、100 V/√3和100 V/3）或标准小电流（通常为5 A、1 A），以便实现测控、保护、计量设备的标准化、小型化。高压电力互感器在电力系统得到了大量装用[1-2]，以湖北电网为例，根据统计数据，截至2015年年底，国网湖北省电力公司系统共装用110（66）kV及以上电压等级各类独立电流互感器（不包括套管互感器、GIS型互感器）18091台，共装用110（66）kV及以上电压等级各类独立电压互感器（不包括GIS型互感器）8280台。随着近年电力互感器设计、制造水平的提高，电力互感器的质量水平得到了很大提高，统计电力互感器的缺陷、故障发生率呈下降趋势。但是对一些运行年限较长的老旧电力互感器，缺陷故障仍时有发生；对少数型号批次电力互感器，发生家族性缺陷。运行中电力设备缺陷一般可分为危急、严重及一般缺陷三类，高压电力互感器发生危急、严重缺陷和设备故障时，尤其是110（66）kV及以上电压等级互感器，由于电压等级高，应用于主网，其缺陷和故障不仅影响一次设备稳定可靠运行，更可能对保护、计量、测控等二次系统造成严重安全影响，严重影响系统整体安全稳定运行。

1 高压电力互感器常见危急、严重缺陷分析

运行中110（66）kV及以上电压等级高压电流互感器的常见危急、严重缺陷有渗漏油、接头发热、SF6气体泄露、油中溶解气体超标、二次缺陷等。根据统计数据，国网湖北省电力公司系统2015年、2016年110（66）kV及以上电流互感器共发现缺陷254台次，缺陷发生率为0.702次/百台·年，其中危急、严重缺陷72台次，危急、严重缺陷按缺陷类型分如图1所示。

图1 电流互感器危急、严重缺陷类型统计Fig.1 Statistics of critical and serious defect types of current transformer

电流互感器危急、严重缺陷中，漏油缺陷最多，漏油部位主要是油浸式电流互感器二次端子盒、底座结合面、一次接线端子、放油阀等部位，一般通过增加或更换螺母垫片、紧固结合面螺栓、更换密封圈后可消除缺陷，少数无法修复的需整体更换；其次是接头发热，发热部位主要为一次接线板、线夹，一般通过打磨接触面、紧固连接螺栓后可消除缺陷，少数为内部接头发热，需返厂大修或整体更换；对SF6气体泄漏、气体压力低告警等缺陷，通常经补气后可消除缺陷，对泄漏严重且无法现场修复漏点的需返厂大修或整体更换；对绝缘缺陷，如绝缘电阻、介质损耗试验严重不合格，以及油中溶解气体严重超标的，一般需整体更换。

根据反事故措施要求，运行中敞开式变电站110（66）kV及以上电压等级高压电压互感器一般采用电容式电压互感器，电容式电压互感器由于制造工艺良好，绝缘裕度大，缺陷发生率低。电容式电压互感器常见危急、严重缺陷有绝缘缺陷、电容分压器渗漏油、本体温升异常、二次缺陷等。根据统计数据，国网湖北省电力公司系统2015年、2016年110（66）kV及以上电压互感器共发现缺陷44台次，缺陷发生率为0.266次/百台·年，其中危急、严重缺陷10台次，危急、严重缺陷按缺陷类型分如图2所示。

图2 电容式电压互感器危急、严重缺陷类型统计Fig.2 Statistics of critical and serious defect types of capacitor voltage transformer

电容分压器绝缘缺陷包括电容分压器介质损耗与电容量试验不合格等；本体温升异常主要为电容分压器、电磁单元等部位温度异常升高，一般属电压致热型缺陷；电容分压器渗漏油部位主要为法兰结合面、瓷套，电容分压器内电容器油量少，发生渗漏油时继续运行风险很大。鉴于检修条件及经济性考虑，对上述几类危急、严重缺陷，现场一般不开展大修，而是将电压互感器整体更换。

2 高压电力互感器典型故障及防范措施

2.1 油浸正立式电流互感器末屏接地线断裂故障

2015年10月，户外某220 kV油浸正立式电流互感器运行中出现火苗，运行人员发现后立即申请停电，停电后火势仍蔓延，该电流互感器彻底烧毁。检查发现该电流互感器末屏接地线断裂，末屏及二次端子盒等部位有明显油污及放电烧损痕迹，末屏引出小套管有明显裂痕，如图3所示。

图3 末屏小套管表面开裂Fig.3 Cracked surface of the end shield bushing

该电流互感器末屏接地线采用的是多股编织铜线，长期直接暴露于大气之中，经过长时间运行，因氧化腐蚀严重而断裂，造成电流互感器末屏电位悬浮[3-4]，对地放电，使得末屏引出小套管及密封件损坏，导致互感器漏油并烧损。

对末屏接地线断裂故障，应严格执行防止电流互感器事故措施。落实电流互感器末屏接地检测、检修及运行维护管理，对结构不合理、截面偏小、强度不够、材质严重锈蚀的末屏应进行改造。加强对末屏接地线巡视检查，发现接地线锈蚀、损伤等应及时处理，试验结束后应检查确认末屏接地是否良好。将电流互感器末屏多股编织铜线接地方式逐步改为粗铜线压接方式，户外运行超过10 a的末屏接地铜线可直接更换。

2.2 油浸式电流互感器油中溶解气体超标故障

2015年3月，某220 kV油浸正立式电流互感器油中溶解气体分析试验时发现乙炔、氢气、总烃含量超出注意值，测试数据如表1所示。

表1 油中溶解气体分析试验数据Tab.1 Gases dissolved in oil of the current transformer

对该电流互感器解体检查发现内部一组一次接头松动，连接板、螺母、垫片有明显的高温烧蚀及放电痕迹，如图4所示。

图4 内部接头螺母及垫片高温烧蚀及放电痕迹Fig.4 High temperature ablation and discharge marks of the screw cap and gaskets of the internal joint

电容量及介质损耗试验合格，内部器身未见明显异常，据此分析判断主绝缘正常。利用三比值法进行分析，故障类型为高温过热。该电流互感器安装于主变压器高压侧，在长期运行过程中，内部接头出现松动，电气连接不良，接头处发生高温过热兼放电，使绝缘油分解产生乙炔、其他烃类等故障特征气体[5-6]。

对此类内部接头发热导致的油中溶解气体超标故障，在电流互感器出厂与交接试验时应进行一次绕组直流电阻试验与比对，严格落实反事故措施，当红外测温发现电流互感器接头温升异常时，应对接头多方位并选取合适角度分别进行精确测温，确定具体发热部位，准确对缺陷进行定性，及时处理。

2.3 电容式电压互感器二次电压异常故障

2014年10月，某220 kV电容式电压互感器三相电压差达2.6 kV，停电试验发现下节电容分压器高压电容C12的电容量与上次测试值相差5.4%，介质损耗值达到0.0078，初步判断C12有元件损坏。该电容式电压互感器高压电容C1共有元件150只，中压电容C2共有元件28只，估算C12击穿元件数量约为3只。解体检查发现下节电容分压器高压电容C12共有3只元件击穿，击穿点全部位于元件引线片边缘处，如图5所示。

图5 电容元件击穿痕迹Fig.5 Breakdown marks of the capacitor element

电容元件极板铜引线片的制造采用冲压的方式，铜引线片边缘容易产生毛刺，需进行清理，如毛刺清理不彻底，毛刺会发生低能局部发电，在电场和热效应的长期作用下导致元件击穿。

由于运行人员及时发现电压异常，避免了故障扩大。在电压互感器运行过程中，二次电压是判断电压互感器状态的一个重要状态量[7-8]，导致二次电压异常的原因通常有电容分压器元件击穿、电磁单元部件损坏、二次回路故障等。对该类电容式电压互感器，排除系统电压变化，当其一定时间的连续电压读数与本站同一电压等级其他电压互感器相差2%以上时，一般判断电容分压器元件存在偶发性故障，剩余完好元件仍可以承受长期运行，此时应加强电压监测与红外测温，制定停电检修计划；相差8%以上时，剩余完好元件仅可以短期运行，或存在电磁单元部件损坏、二次回路故障等，应尽快停电检修。

2.4 电容式电压互感器爆炸事故

2013年7月，某220 kV线路电容式电压互感器运行中发生爆炸，线路跳闸，爆炸飞溅物将相邻断路器、电流互感器瓷套、隔离开关支柱绝缘子等击伤。上下两节分压器完全炸毁，下节分压器的上法兰引线片金属螺丝有烧熔痕迹，分析为大电流放电所致。

解剖电容元件发现，所有元件引线片侧全部烧黑，如图6所示，推断瓷套内部放电发生在瓷套内芯子外侧（即引线片侧）。判断电容分压器爆炸是由于引线片与元件接触不良造成的。串联连接的引线片接触不良，接触不良点出现间歇性放电，使击穿点不断扩大，造成元件介质劣化、电容器油劣化，最终造成整节电容分压器的爆炸。

图6 烧蚀的电容元件Fig.6 Ablated capacitor element

对此类电容式电压互感器爆炸故障，在电容元件制造过程中，应加强对引线片的检查，引线片表面应光滑、洁净、表面无毛刺；在电容元件装配过程中，严格控制元件装配工艺与压紧力度，确保引线片与元件接触良好；电压互感器开展红外测温时，要高度重视本体尤其是分压电容器的检测，由于电压互感器属电压致热效应设备，宜用允许温升或同类允许温差来判断运行状态。此外，对二次绕组未接保护、测控、计量回路的线路电容式电压互感器，由于现场无法实时监测其二次电压，应加强运行维护，具备条件时将二次电压测试列入带电检测项目。

3 结语

电力互感器应用于电力系统各个电压等级。110(66)kV及以上电压等级普遍采用油浸式或SF6气体绝缘式互感器，其重要性更加突出，制造厂家数量相对较少，对质量管控也更为重视，随着制造、工艺水平的提高、运行现场红外测温技术的普遍应用，以及各类带电检测、在线监测技术的推广应用，其缺陷、故障率呈下降趋势，或可将部分缺陷、故障发现于早期，从而避免了重大事故的发生。尽管如此，由于设计、制造工艺或材质问题，或受制于现场检测手段，高压电力互感器重大缺陷、故障仍无法避免，时有发生。对高压电力互感器缺陷进行统计，对重大典型故障深入分析，提出防范措施，并将其落实到互感器验收、运维、检测、评价、检修各个环节，对进一步提高互感器运行水平具有非常重要的作用。

[参考文献]（References）

[1] 黄乐,陈亦平,舒双焰.电流互感器故障所致电网事故及其处置的分析[J].南方电网技术,2011,5(04):68-70.HUANG Le,CHEN Yiping,SHU Shuangyan.Analy⁃sis on the power grid accident caused by current transformerfailures and its handling[J].Southern Power System Technology,2011，5(04):68-70.

[2] 刘刚,江波.电容式电压互感器故障分析及预防措施[J].变压器,2012,49(09):68-72.LIU Gang,JIANG Bo.Fault analysis and preventive measures of capacytor voltage transformer[J].Trans⁃former,2012,49(09):68-72.

[3] 赵璐,项旭杨,姚红伟.常接地结构的高压套管末屏接地故障原因分析[J].华东电力,2014,42(08):1586-1588.ZHAO Lu,XIANG Xuyang,YAO Hongwei.Cause anal⁃ysis for the HV transformer bushing tap grounding fault[J].East China Electric Power,2014, 42(8):1586-1588.

[4] 胡伟,许佐明,张施令,等.雷电冲击试验中特高压油纸电容式套管末屏电位升高原因分析[J].高电压技术,2013,39(03):577-583.HU Wei,XU Zuoming,ZHANG Shiling,et al.Analy⁃sis on potential rise on UHV oil-paper capacitor bushing's end shield under lightning impulse test[J].High Voltage Engineering,2013,39(03):577-583.

[5] 范辉,高树国,王学磊,等.多指标加权分析的变压器故障油色谱诊断方法可靠性评估[J].高压电器,2016,52(06):178-182.FAN Hui，GAO Shuguo，WANG Xuelei，et al.Reli⁃ability assessment of the DGA fault diagnosis meth⁃odologies for transformers based on multi-indexes weighted analysis[J].High Voltage Apparatus,2016,52(06):178-182.

[6] 胡然,罗维,王瑞珍,等.一台新投运500 kV变压器油色谱异常的缺陷诊断和处理[J].高压电器,2015,51(05):139-143.HU Ran,LUO Wei,WANG Ruizhen,et al.Defect Di⁃agnosis and treatment of a new 500 k V transform⁃er with abnormal DGA data[J].High Voltage Appara⁃tus,2015,51(05):139-143.

[7] 王永勤,张改杰,黄卫东,等.两起典型电容式电压互感器二次电压异常故障浅析[J].湖北电力,2016,40(11):36-39.WANG Yongqin,ZHANG Gaijie,HUANG Weidong,et al.Brief analysis of an overheat fault in 110 kV capacitor voltage transformer[J].Hubei Electric Power,2016,40(11):36-39.

[8] 曲欣,王兴友,吴西博,等.一起500 kV CVT二次电压异常分析及预防[J].电力电容器与无功补偿,2017,38(03):105-109.QU Xin,WANG Xingyou,WU Xibo,et al.Study and prevention on abnormal secondary voltage of 500 kV CVT[J].Power Capacitor and Reactive Power Com⁃pensation,2017,38(3):105-109.