500kV油浸倒立式电流互感器末屏故障诊断探析

马晓薇， 樊培培， 华　超， 晏　松， 谢　佳

(国网安徽省电力有限公司检修公司， 安徽　合肥　230051)

1　引言

电流互感器是联络电网一次系统与二次系统的重要电力设备，电容型电流互感器其内部是油和纸的复合绝缘，在结构上主要分为正立式和倒立式两类。正立式结构，其一次绕组多为U形，全部主绝缘都包扎在一次绕组上。若为倒立式结构，主绝缘则是包扎在二次绕组屏蔽罩上。目前倒立式电容型电流互感器在500kV电网中广泛使用。

正立式最内层的电容屏接高电压，最外层的电容屏(末屏)接地，其绝缘结构见图1。倒立式结构则相反，最外层接高电压，最内层接地，其绝缘结构见图2[1,2]。末屏通过端子引出，供测量绝缘电阻、电容量及介质损耗因数用，末屏在运行中必须可靠接地。如果由于各种原因造成末屏接地不良，那么末屏对地会形成一个电容，而这个电容远小于电流互感器本身的电容，按照电容串联原理，将在末屏与地之间形成很高的悬浮电压，造成末屏对地放电，烧毁附近的绝缘物，严重的还会发生设备爆炸事故[3,4]。

国家标准GB 50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》[5]以及电力行业标准DL/T 393-2010《输变电设备状态检修试验规程》[6]分别都对电容型电流互感器末屏试验项目及标准作出了要求：“测量电容型电流互感器末屏对外壳(地)的绝缘电阻，绝缘电阻值不宜小于1000MΩ。当末屏对地绝缘电阻小于1000MΩ时，应测量其tanδ，其值不应大于1.5%”。

结合实际运行经验来看，正立式结构，其油纸绝缘材料集中在设备底部，电流互感器进水受潮后，水分一般沉积在底部，最先使底部绝缘材料和末屏受潮，因此处在油箱底部的一次绕组绝缘为薄弱环节。测量末屏对地绝缘电阻，可以很灵敏地发现主绝缘早期受潮故障。但是倒立式结构，其油纸绝缘材料集中在设备头部，底部是铝管支架、末屏引出软铜导线(铜片)等，这些材料不易受潮，测量末屏对地绝缘电阻，并不能灵敏地发现设备故障。

图1　正立式电流互感器绝缘结构图　　　　　图2　倒立式电流互感器绝缘结构图

2　末屏故障分类

引起倒立式电容型电流互感器末屏接地故障的原因可能有以下两个方面[7]：一是末屏外部接地装置故障，即外部接地引线(连片)等断裂、悬空或接地不良。实际中多采用图3的两种结构，结构一是接在端子排上，端子排上端子接内部末屏引出线，下端子接地，这种结构在运行中容易出现端子松动、试验后未恢复等问题造成末屏未接地。结构二是在底座上专门引出外部接地端，采用接地连片并用螺栓与设备外壳(地)紧固相连。

二是内部末屏引线装置故障，即内部末屏软铜导线(铜片)等断裂、接触不良。实际中多采用图4的两种结构，结构一是在铝管上采用铜质圆环固定，由软铜导线向下引出与底座浇铸件上的末屏接地端相连，这种结构连接牢固，不易出现断线问题。结构二是用焊锡把铜线、铜片等焊在电容屏上，然后包在绝缘纸里，这种结构在运行中会因为铜线材质差、焊接包扎工艺不良等问题造成末屏内部断开。

图3　电流互感器末屏外部接地装置　　　　图4　电流互感器内部末屏引出线

3　电流互感器末屏故障实例

3.1　末屏外部接地线脱落

试验人员开展某变电站5032开关C相电流互感器试验，在打开电流互感器端子箱后，发现端子排末屏端子接地连接线脱落，末屏未接地。继而检查发现从电流互感器内部末屏引出与端子排相连的引线与端子箱体内壁相连，有明显放电烧损痕迹。

剪短受损末屏引线部分，开展电气试验，结果如下表1所示。C相一次对末屏绝缘数据合格，横向比较无异常。末屏对地绝缘电阻不合格，小于DL393《输变电设备状态检修试验规程》规定的注意值，横向比较也明显很小。测量末屏对地电容量，横向比较数据一致，认为电容量数据合格。介损值满足规程要求，但与其他两相相比偏大。绝缘油各组分满足规程要求，无乙炔。

表1　5032电流互感器电气试验数据

故障原因分析：运行中可能由于机械振动等原因造成端子排末屏端子接地连接线脱落，末屏未接地。认为设备状态发展分为以下两个过程：悬浮放电阶段，末屏与地不连接时，容性设备分压，末屏将承担着悬浮电压，悬浮电压可通过主绝缘电容值和末屏对地电容值计算。末屏对地绝缘将承受这一电压，导致绝缘劣化。接地稳定阶段，从电流互感器内部末屏引出与端子排相连的引线贴在端子箱体内壁，之间无空气间隙，绝缘比较薄弱，长期悬浮电位导致引线外绝缘击穿，形成对地导电通道，本过程后，末屏稳定接地。

3.2　内部末屏引出镀锌铜片导向带断裂

试验人员在某变电站开展5063开关C相电流互感器一次对末屏、末屏对地电容量及介损试验时发现试验电压可以加上去，但测试通道没有测试电流通过，无法测得真实数据。而同样测试条件下的A、B相电流互感器试验正常，符合规程要求。测量末屏对地绝缘电阻时，发现C相较另两相数据大得多，具体试验数据见表2。取油样进行色谱分析，C相电流互感器油中乙炔含量24μl/L，初步判断设备内部有放电故障。

表2　5063电流互感器电气试验数据

根据理论分析，若在电流互感器一次端加压，末屏不接地，此时末屏应有一个分压信号，此分压大小可通过主绝缘电容值和末屏对地电容值计算。但在C相电流互感器一次端加压，末屏处并没有电压信号，结合介损试验时测试通道没有测试电流的异常现象，分析末屏有断开的可能。

割开产品头部和一次导电杆，取出器身检查，主绝缘完好，没有发现异常现象。将二次绕组分别对末屏测量绝缘电阻，绝缘良好。对电流互感器内部绝缘层逐层剥离进行检查，发现末屏共有四处连接，均有不同程度的放电痕迹，并且有一处较为严重，同时绝缘层也有明显的放电痕迹。对绝缘层进一步解体，检查产品末屏，发现末屏上引出的镀锌铜片导向带，沿电容屏绝缘层端面断裂。镀锌铜片断裂，其断裂后即形成了悬浮电位，使末屏对地放电，是造成设备故障的直接原因。

4　结论

(1)对于正立式电流互感器开展末屏试验项目发现的设备故障大多数都是进水受潮。而倒立式电流互感器，其油纸绝缘材料集中在设备头部，大量倒立式电流互感器末屏试验项目不合格，解体检查时发现并非进水受潮，而是末屏引线绝缘不良、二次绕组绝缘不良、二次端子板材质低劣等故障[8]。

(2)通过对故障实例进行总结分析，对于倒立式电流互感器开展末屏试验项目发现的设备故障主要有两类：末屏外部未接地、末屏内部断线。两个具体的故障实例试验表征如下：末屏外部未接地时，末屏对地绝缘电阻不合格，介损值较正常相偏大，油中无乙炔。末屏内部断线时，末屏对地绝缘电阻较正常相大的多，介损值无法测得，油中乙炔超标。

(3)对于末屏内部断线这类故障，测量时故障相绝缘电阻较正常相大得多，经验不足的试验人员，会认为绝缘电阻满足规程要求而造成误判断。而此时如果测量末屏对地电容量及介损，通过断线时试验电压可以加上去，但测试通道没有测试电流通过的异常试验现象，可以判断出末屏内部断线。因此对于倒立式电容型电流互感器，末屏对地电容量及介损试验对于灵敏准确地判断设备故障更为有意义。

参考文献：

[1] 魏朝晖.油浸倒置少油电流互感器设计[J].变压器,2000,37(9):6-9.

[2] 阎秀恪,孙阳,于存湛,等.油浸倒立式电流互感器主绝缘电场分析与优化设计[J].电工技术学报,2014,29(1):37- 43.

[3] 王世阁.倒置式电流互感器运行状况分析及提高安全运行性能的建议[J].变压器,2009,46(9):64- 68.

[4] 钱国超,邹德旭,马仪,等.倒立电流互感器典型缺陷及制造关键工艺分析[J].电力电容器与无功补偿,2015,36(2):73-77.

[5] GB 50150-2016,电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

[6] DL/T 393-2010,输变电设备状态检修试验规程[S].

[7] 莫登斌,孙小梅,雍军.电容型CT/套管末屏接地故障的原因分析及对策探讨[J].变压器,2010,47(8):63- 65.

[8] 林则忠.9台电容型电流互感器验收试验结果的分析[J].高压电器,2007,43(2):159-160.