220 kV电流互感器油中溶解气体异常故障分析

李双双，张晓明，李家琪

(1.国网冀北电力有限公司张家口供电公司，河北 张家口 075000；2.河北华电沽源风电有限公司，河北 张家口 075000)

作为电力系统必不可少的一次设备，电流互感器不仅起着电流测量作用，而且还有重要的保护和录波作用[1-3]。电流互感器的运行可靠性直接影响着电力系统的安全和稳定[4-5]。

电流互感器在运行过程中，由于制造工艺缺陷、运行环境恶劣及检修水平较低等原因会出现不同类型的故障，轻则造成电网参数波动，重则引起火灾造成停电事故[6]。因此，定期对电流互感器进行状态检修必不可少，一旦发现问题要及时查明原因并进行维修和更换。对电流互感器故障进行深入分析，完善电流互感器故障信息库，便于快速准确查找故障原因，并确定缺陷处理方案。本文重点对220 kV电流互感器油中溶解气体异常故障进行分析。

1 油浸正立式电流互感器

以绝缘类型划分，电流互感器主要有油浸式、干式和浇注式等类型。在220 kV电力系统中，电流互感器大多设于户外，以油浸式为主。干式电流互感器运行经验不足，相关试验标准尚不完善，浇注式电流互感器主要用于35 kV及以下系统，而油浸式电流互感器由于性价比高、性能稳定、便于维修等优势应用更为广泛[7-8]。

以结构形式划分，电流互感器分为正立式和倒立式[9-10]。正立式电流互感器重心在下部，一次绕组承担主绝缘，而下部放置二次绕组；倒立式电流互感器重心在上部，上部的二次绕组承担主绝缘。正立式电流互感器耗材较多，但生产技术和工艺要求较低，价格也更为低廉。相比于倒立式，正立式电流互感器重心位于下部，更为稳定。在220 kV电力系统中油浸正立式电流互感器被广泛使用。

油浸正立式电流互感器以瓷套作为外绝缘，主绝缘为电容型[11]，电容型绝缘电流互感器结构图如图1所示。

在U型一次绕组上最里层零屏连接一次绕组，最外层末屏接地，主绝缘以等绝缘厚度的电屏层间设计。绝缘包扎使用铝箔、绝缘皱纹纸、玻璃丝布带、收缩带，在每张铝箔上均匀打孔以便于真空干燥和浸渍处理。在对U型绕组进行绝缘包扎时，在U型底部变形处易造成外弧绝缘减弱，一般用电容器纸在纸带稀疏处多层包扎。绝缘包扎后的U型绕组，每隔一段距离用收缩带进行多层绑扎，以增强器身对冲击短路电动力的耐受能力。在绑扎过程中在绑扎带之间加垫绝缘木块以防止器身扭转。

2 故障情况

2018年9月，在对一台220 kV电流互感器进行例行试验时，A相和C相试验结果正常，B相油中溶解气体数据显示异常，氢气、乙炔、总烃含量均超过规程规定注意值(220 kV电流互感器油中溶解气体注意值为乙炔≤1 μL/L，氢气≤150 μL/L，总烃≤100 μL/L)[12]。试验人员对该电流互感器进行跟踪监测，再次采油进行油中溶解气体分析，结果显示试验数据与上次比较无明显变化，仍然超标，最终对电流互感器采取更换处理。

电流互感器型号为LB10-220W3，出厂日期为2009年7月。

B相电流互感器油中溶解气体试验数据如表1所示，溶解气体谱图如图2所示。

表1 B相电流互感器油中溶解气体试验数据

3 试验分析

按照高压电气设备状态检修要求，对电流互感器进行了绝缘电阻、介质损耗因数tgδ及电容量测试试验。

3.1 绝缘电阻试验

采用2 500 V兆欧表对电流互感器进行绝缘检测，测得主绝缘电阻值为5 000 MΩ，末屏绝缘电阻值为10 000 MΩ，试验结果显示电流互感器绝缘电阻值在规程规定范围内(110 kV及以上电流互感器一次绕组绝缘电阻应大于3 000 MΩ，末屏对地大于1 000 MΩ)。

3.2 介质损耗因数tgδ及电容量Cx试验

220 kV电流互感器tgδ及Cx试验采用10 kV试验电压，试验结果如表2所示。

表2 介质损耗因数及电容量试验结果

介质损耗因数和电容量符合规程的规定≤0.01，电容量初值差不超过±5%。

3.3 油中溶解气体分析

对电流互感器B相油中溶解气体试验数据进行三比值分析[13-14]，三比值编码为“210”，根据改良三比值法判断其内部可能存在低能放电故障。

根据无编码比值法，计算：

两种分析方法均表明电流互感器内部可能存在低能放电。

4 解体分析

为验证试验结果，并进一步明确故障原因，对电流互感器进行解体分析。放油之后依次取下油箱和瓷套，进行吊芯。经检查油箱完好，二次绕组排列整齐，无变形和破损，一次绕组外观良好，表面无明显放电痕迹，如图3所示。

对一次绕组进行解剖，发现在两片U型绕组中部纵向在一处绝缘层有明显凹陷，此处多层聚四氯乙烯薄膜褶皱，并有带状碳黑沉积，如图4所示。

通过进一步解剖发现在电容屏上有明显的断裂，如图5所示。电容屏锡箔纸上多处存在明显的蜡状物质，如图6所示。

5 故障原因

(1)制造工艺不良，绕组加工过程中真空处理不彻底，绕包工艺不精，导致绝缘包扎不紧实，因此出现了绝缘纸多处褶皱和电容屏断裂情况。

(2)褶皱和断裂处绝缘薄弱，在运行过程中绝缘薄弱处易发生局部放电并伴有发热，加剧绝缘油劣化。存在局部放电时，在绝缘油分子裂解过程中会释放氢气和甲烷，在高温作用下，绝缘油会释放产生甲烷、乙烷、乙烯等烃类气体，这也导致电容屏周围绝缘油蜡化，析出大量X蜡。电容屏蜡化进一步降低了整体的绝缘性能，加剧局部放电，并使温度升高，这导致绝缘油进一步劣化，如此恶性循环，最终造成停机。

(3)由于褶皱和断裂点为多点分布式，局部放电为多次分散发生，油中溶解气体逐渐累积，超出注意值，但没有形成贯穿性绝缘故障，因此电流互感器整体绝缘电阻和介质损耗仍然在正常范围之内。

(4)绝缘薄弱处电场相对集中，存在放电现象，产生油隙击穿，在结缘层上产生了积碳，但放电范围小，低能放电，因此只出现了少量积碳，没有形成大范围的灼烧。

6 结语

该电流互感器故障为绝缘层多处局部放电，具有放电量小、中度发热、故障分散等特点，导致此类故障在例行电气试验中难以发现。

局部放电的根本原因是电流互感器制造工艺不良，应改善并加强电气设备生产工艺流程，严格把控出厂试验，避免类似质量问题引起设备故障。

有色谱分析能够发现设备内部的早期潜伏性故障，具有较高的灵敏度和准确度。应严格按照《规程》定期对充油设备进行油中溶解气体分析，及时发现设备可能存在的缺陷和故障。