一起干式互感器的局部放电缺陷分析

梁军龙，徐肖伟

（云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217）

0 前言

干式互感器主要由硅钢片组成的铁芯和漆包线绕制的线圈，并用环氧树脂浇注而成，相较于油浸纸绝缘互感器和SF6互感器具有无油、无气泄漏、维护工作量小，体积小、重量轻的特性[1-2]。随着我国城乡电网建设进程的推进，干式互感器得到了越来越广泛的应用。干式互感器干式半绝缘结构，绝缘裕度小，热稳定性较差，其缺陷及故障主要体现在设计工艺上的缺陷、设备本体绝缘、设计生产质量问题、受到系统运行方式的影响等。

干式组合式互感器内部绝缘在各种原因造成在一定的外部施加电压下，器身内部发生局部的和重复的击穿和熄灭现象。一般这种局部放电发生在一个或几个很小的空间内，能量很小，并不会在短时间内降低绝缘强度，但是这种局部放电产生的不可恢复的绝缘损坏，随着时间累积从而导致绝缘击穿[3-6]。干式互感器局部放电试验是一种重要的出厂检测、入网检测项目，利用脉冲电流法可以简单有效检测出干式互感器自身存在的局部放电缺陷，借助紫外成像技术可以观测发生在表面的局部放电发生的位置。

1 脉冲电流法局放检测原理

局部放电检测的方法分为电测法和非电测法，脉冲电流法属于常用的电测法，用于对局部放电进行定量的检测，也是目前唯一有国际标准的局部放电检测方法[7]。局放仪一般由指示部分和放大部分组成。检测阻抗上的脉冲电压首先通过放大器放大，然后通过显示界面进行观察和计量。显示界面可以直接观察波形、相位、极性，并能测量视在放电量的大小。

干式互感器局部放电试验由380 V交流电源供电，中间试验变压器对试品加压。将标准分压器接入升压系统，通过标准方波发生器进行局放校准，确认试验装置内部的局放测量精度在合理的范围内，如图1所示。校准后，将试品互感器的低压侧短接并接地，高压测短接，高压侧接到电容式交流分压器的上节引出线上。具体试验接线图如图2所示。

图1 试验装置正常背景噪声

图2 干式互感器局部放电试验接线图

2 紫外成像技术在局放查找中的应用

紫外成像检测设备应用双光谱成像原理，将设备接收的变电设备放电产生的紫外线信号进行处理生成紫外图像，并将图像和可见光生成的图像进行重叠，影像混合后呈现在检测设备的显示器上，因此检测设备可以确定变电设备局放的部位和定性显示局放的强度[8-12]。

在电力设备局部放电过程中，空气中电离的电子持续的接收和释放能量，在此过程中会释放特定波长的紫外线。紫外成像仪针对有效波长的紫外线测试即可实现干式互感器表面电晕放电的有效探测，其中对户内电气设备的外绝缘局部放电检测灵敏度更高。使用紫外成像仪来探测局放位置的方法仅局限于设备外绝缘。图3为紫外成像技术工作原理图。

图3 紫外成像技术工作原理

3 局部放电试验与结果分析

本文用于试验测试的三台干式组合互感器额定负荷15 VA，电流变比30/5 A、电压变比10/0.01 kV。三台试品设计的外观和安装工艺各有不同，其在设备的绝缘工艺和绝缘质量上也各有差异。

3.1 局部放电试验结果

表1 三台试品互感器的局放值

在其中③号试品在试验升压至14 kV的目标电压过程中，当升压到11 kV时，试品出现了细微且可听到的噪声。同时在电脑的显示界面上出现了周期性的阶跃信号，这是代表出现局部放电的典型现象，如图4所示。当局部放电量超过标准时，确定放电部位是很重要的，对改进结构设计以及提高工艺制造水平均具有指导意义。通过紫外成像仪进行检测，发现在试品铭牌位置出现了大量并且集中的光子，局放值达到2500 pC以上，如图5所示。从而大致推断在试品的铭牌处发生了局部放电。

图4 局部放电波形

图5 铭牌处局部放电

3.2 局部放电缺陷分析

干式互感器引起的局部放电的原因一般有两个：一是干式互感器中存在局部电场强度的集中，从而引发干式互感器中环氧树脂的放电；二是绝缘材料或浇注的环氧树脂内部存在气体，气体在超过其允许承受的电场强度从而产生局部放电。通过这两种可能对三台试品进行对比分析发现，出现缺陷的③号试品铭牌安装的位置有较大的失误。铭牌贴在了靠近一次绕组的外绝缘件上且底部连接到接地支架，这种安装方式缩短了绝缘距离，极易导致电场分布不均匀并形成局部放电，严重时造成对地放电。对比与①号、②号试品，它们的铭牌安装的位置远离一次绕组，或安装在二次绕组的端盖外侧，或者安装在接地的底座上面。

3.3 COMSOL仿真分析

在对干式组合式互感器无局部放电的设计和工艺制造过程中，应当控制各部分的电场强度在允许范围内。本文对干式互感器在Comsol Multiphysics软件进行二维建模，通过对比内部高压绕组附近有、无铭牌两种情况下的电场强度分布，来验证对于本次检测结果原因归纳的合理性。仿真中建立电压互感器铭牌和高压绕组同时组在的一个截面，将检测试验的电压设为输入值，将外围空气设为无限元域，铭牌与底座相连接并将其电压设为0 V，其中外围的空气域和无限元域已经隐藏，基本模块如图6所示。本建模组主要为比较有、无铭牌前后的电场强度差别，所以对二维模型进行了简化。在网格划分上，绕组、铭牌和外围的环氧树脂做超细化网格，其他域采用较细化网格。

图6 干式电压互感器仿真建模

如图7、8所示，有铭牌时绕组和铭牌间的电场出现了强烈的扭曲，电场强度增强数十倍。在仿真结果上差别最大的区域，即铭牌的顶部和一次侧线圈外侧的最底部间的区域，可以显示两条二维截线上的电场强度的变化。选取差别最大的二维截线2进行比较。从图9和图10中可得，在其他条件相同的情况下，有铭牌时，电场强度最高处超过了15 kV/mm，无铭牌时，电场强度不超过0.7 kV/mm。所以铭牌安装不当，造成了局部电场集中，从而引发局部放电的现象。

图7 有铭牌时电场强度

图8 无铭牌时电场强度

图9 二维截线2（有铭牌）

图10 二维截线2（无铭牌）

4 结束语

本文基于干式互感器局放检测试验和紫外线检测的方法，对三台受检的干式互感器进行检测，通过试验检测出一台试品存在设计缺陷，避免了不良设备流入电网。同时通过对比另外两台试品，归纳总结出互感器铭牌安装不当是造成试品出现局部放电的主要原因，并通过仿真软件佐证了猜想的正确性。在干式互感器的设计和加工制造的过程中铭牌的位置应该远离一次绕组和高低压接线接口的位置，以防止互感器内部出现电场的分布不均匀，产生局部放电。配电网中干式互感器出现故障较多，为了预防运行出现局部放电累积导致绝缘被破坏，生产厂家应当严格遵守国标及技术指导书工艺要求，控制各部分电场强度在允许范围内，保证入网设备本体绝缘和电气质量。