一起220 kV電流互感器故障原因分析

付麗君，陸 昊，關(guān)艷玲，衛(wèi) 兵

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030； 2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司，哈爾濱150001)

0 引 言

電流互感器在電力系統(tǒng)設(shè)備中起著非常重要的作用，它可以將一次側(cè)電流轉(zhuǎn)換成可供測量、保護或控制等儀器、儀表或繼電保護裝置使用的二次側(cè)電流，其運行的可靠性直接關(guān)系到電網(wǎng)能否安全穩(wěn)定運行[1-3]。目前，電流互感器在電網(wǎng)中大量應(yīng)用，其設(shè)計結(jié)構(gòu)、制造工藝及運行維護水平造成設(shè)備內(nèi)部放電故障甚至事故的情況時有發(fā)生[4]。220 kV 及以下電壓等級主要使用油浸式電流互感器，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，液體絕緣介質(zhì)可能會引發(fā)設(shè)備爆炸起火，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來嚴重危害[5]。

1 故障情況

2019年10月7日，新勝變電站220 kV新牽丁線8024 A相電流互感器油位異常增長，油位指示超出上限。該電流互感器型號為LB7-220W3，出廠日期為2019年6月，投運日期為2019年6月，剛投運時監(jiān)測油中溶解氣體含量無異常。電流互感器發(fā)現(xiàn)異常后，對異常電流互感器以及相同生產(chǎn)廠家的其他電流互感器進行油中溶解氣體含量檢測，發(fā)現(xiàn)新牽丁線8024 A相、新牽丁線8024 B相、新牽丙線8023 B相(以下簡稱新牽丁線A相、新牽丁線B相、新牽丙線B相)電流互感器油中溶解氣體都存在異常情況(見表1)，初步判斷為內(nèi)部局部過熱兼放電故障。

表1 油中溶解氣體檢測Table 1 Detection of dissolved gas in oil 單位:μL/L

2 解體檢查

2019年11月5日，對新勝變各故障電流互感器進行返廠解體檢查。解體檢查情況：設(shè)備膨脹器膨脹節(jié)有變形拉伸，瓷套無破損、緊固件無松動；一次端子內(nèi)部連接緊固無松動，無過熱現(xiàn)象，末屏端子、二次繞組各端子緊固無松動、無異常；器身表面完好、無異常，油箱內(nèi)部清潔完好；一次繞組絕緣包扎緊實，高壓電纜紙完全浸油，無放電痕跡，屏間絕緣清潔，無鋁屑等雜質(zhì)。將在設(shè)備生產(chǎn)過程追溯及解剖中發(fā)現(xiàn)的問題，總結(jié)如下。

2.1 設(shè)備真空干燥記錄檢查中發(fā)現(xiàn)的問題

1)設(shè)備編號與數(shù)量不符，編號存在遺漏，與裝機容量總數(shù)不對應(yīng)。

2)設(shè)備整個干燥過程220 h，在累計時間第 57 h 停電一次，累計停電時間2 h；在累計時間第88 h停氣一次，累計停氣時間70 min(干燥罐通過蒸汽加熱)，但總體真空干燥時間符合工藝要求。

3)設(shè)備真空干燥工藝規(guī)定，在設(shè)備結(jié)束真空干燥之前，應(yīng)通過三次露點測試，并且三次露點測試溫度均超過-60 ℃，可確定完成干燥過程，允許裝配。按照真空干燥記錄，露點溫度均為-60 ℃，測試數(shù)據(jù)值得商榷。

4)設(shè)備工藝規(guī)定，真空干燥結(jié)束后，破空溫度應(yīng)在(45±5) ℃。該罐設(shè)備破空溫度最高為89 ℃，不符合工藝要求。

2.2 設(shè)備一次主絕緣解體中發(fā)現(xiàn)的問題

1)3臺設(shè)備主屏為打孔鋁箔包繞，圖紙規(guī)定鋁箔為1/3疊包繞，在解體中發(fā)現(xiàn)局部包繞不平整，鋁箔疊積達到3層。疊積處鋁箔氧化明顯，如圖1所示。

圖1 打孔鋁箔包繞缺陷圖Fig.1 Defect diagram of perforated aluminum foil wrapping

2)3臺設(shè)備部分主屏及端屏位置存在一定的偏差，超出圖樣規(guī)定；部分絕緣存在褶皺，如圖2所示。

圖2 絕緣缺陷圖Fig.2 Insulation defect diagram

3)3臺設(shè)備主屏端部及端屏部位加強絕緣不符合圖樣要求，圖樣規(guī)定為2/3疊一層加上3/4疊一層，實際包繞為2/3疊兩層(絕緣紙厚度為0.13 mm)，如圖3所示。

圖3 加強絕緣缺陷圖Fig.3 Reinforced insulation defect diagram

4)新牽丁線A相設(shè)備，P2側(cè)7主屏到3主屏兩端屏之間變壓器油劣化明顯，油質(zhì)發(fā)黏，如圖4所示。

圖4 新牽丁線A相設(shè)備變壓器油劣化圖Fig.4 Transformer oil deterioration diagram

5)新牽丁線B相設(shè)備，P2側(cè)3主屏3端屏到1主屏之間變壓器油劣化明顯，油質(zhì)發(fā)黏，如圖5所示。

圖5 新牽丁線B相設(shè)備變壓器油劣化圖Fig.5 Transformer oil deterioration diagram

6)新牽丙線B相設(shè)備，P1側(cè)4主屏到2主屏兩端屏之間變壓器油劣化明顯，油質(zhì)發(fā)黏，如圖6所示。

圖6 新牽丙線B相設(shè)備變壓器油劣化圖Fig.6 Transformer oil deterioration diagram

7)新牽丁線B相設(shè)備和新牽丙線B相設(shè)備在解體前經(jīng)過長時間高壓試驗，在解體中發(fā)現(xiàn)P1、P2側(cè)溫度相差明顯。新牽丁線B相設(shè)備P1、P2側(cè)相差5 ℃左右，新牽丙線B相設(shè)備P1、P2側(cè)相差2 ℃左右，如圖7、圖8所示。

圖7 新牽丁線B相設(shè)備溫差圖Fig.7 Temperature difference diagram of phase B equipment of Xinqian IV line

圖8 新牽丙線B相設(shè)備溫差圖Fig.8 Temperature difference diagram of phase B equipment of Xinqian III line

3 故障原因分析

局部絕緣受潮(介質(zhì)損耗增加)、絕緣包扎偏差(電場分布不均)，造成設(shè)備運行中發(fā)生局部過熱、水分解、局部放電現(xiàn)象。局部放電和過熱的加劇，導(dǎo)致絕緣油劣化和大量氣體析出。

3.1 主絕緣干燥過程偏差

追溯發(fā)現(xiàn)，3臺缺陷設(shè)備為放置在同一干燥罐內(nèi)進行同批次處理，通過查詢本批設(shè)備的真空干燥過程記錄，發(fā)現(xiàn)在真空干燥處理過程中，存在一定的偏差。如停電、停氣等過程，露點測試數(shù)據(jù)存疑，干燥罐破空時溫度過高，新牽丁線B相和新牽丙線B相電流互感器解體發(fā)現(xiàn)的油質(zhì)發(fā)粘部位均在內(nèi)層絕緣中，說明破空溫度過高，空氣中水分通過一次導(dǎo)體，致使內(nèi)層絕緣吸潮。以上過程偏差的累計極易導(dǎo)致主絕緣內(nèi)部存在局部干燥不徹底現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 主絕緣包扎偏差

該設(shè)備為油紙電容型絕緣結(jié)構(gòu)，通過在絕緣中設(shè)置一定數(shù)量的主屏及端屏，以達到均勻電場的目的。主屏的設(shè)置，可以實現(xiàn)設(shè)備的徑向電場均勻分布，但是端部電場是相對不均勻的。為了改善端部電場結(jié)構(gòu)，在主屏之間設(shè)定數(shù)個端屏，以改善軸向電場分布。為了提高設(shè)備的局部放電水平，在主屏端部和端屏部位，設(shè)置加強絕緣。設(shè)備端部耐受電場強度同屏間梯差成正比，同端屏的長度成反比，測量中發(fā)現(xiàn)，最大屏間梯差與圖樣規(guī)定相差7.5 mm，降低局部放電水平達4.3%。從一次主絕緣解體過程中發(fā)現(xiàn)，端部加強絕緣不符合圖樣要求，每處缺少一層紙，降低局部放電水平10%。

由于主屏打孔鋁箔重疊部位較多，以致主屏打孔鋁箔的孔被遮蓋，在影響干燥、注油效率同時，設(shè)備局部絕緣的呼吸性能下降，容易導(dǎo)致局部形成相對封閉的小空間。

綜合絕緣解體測量分析，因屏間梯差較大及加強絕緣偏少，嚴重影響設(shè)備局部放電水平。

3.3 變壓器油色譜數(shù)據(jù)

從各設(shè)備變壓器油色譜分析數(shù)據(jù)可以看出，缺陷設(shè)備的特征氣體主要成分為H2和CH4，次要成分為C2H6、C2H4和C2H2，為內(nèi)部局部過熱兼放電故障。

4 預(yù)防措施

1)設(shè)備運行階段，充分利用油色譜分析等有效監(jiān)督手段，定期對電流互感器絕緣油中溶解氣體含量進行檢測。

2)加強設(shè)備的巡檢工作，重點觀察油位的異常變化和膨脹器的外形變化，發(fā)現(xiàn)異常時應(yīng)及時上報并取樣分析，對存在故障隱患的設(shè)備要及時更換。對油位較低的少油設(shè)備在冬季到來前應(yīng)適量補油。寒冷地區(qū)冬季長期停運時，應(yīng)有足夠油量，防止因油位降低影響設(shè)備安全運行。

3)設(shè)備制造階段依據(jù)工廠生產(chǎn)工藝，合理提高設(shè)計裕度，留足工藝誤差。提高對設(shè)備的工藝要求，努力改進結(jié)構(gòu)、工藝，進一步提高機包率和手工包繞水平。嚴格執(zhí)行各項工藝要求，保證工藝時間，尤其是浸油、干燥和試驗工藝等，從源頭上提高設(shè)備制造質(zhì)量。改進油樣閥門，實現(xiàn)運行中取油樣和帶電補充油。

4)重視膨脹器容量的設(shè)計，并進行實際測試，改進油位標志，確保溫度變化時有充足油量補充。建議油位標志線僅設(shè)置最高和最低油位線，且最低油位線應(yīng)在視窗內(nèi)最低位，防止誤判斷。由于膨脹器制造時波紋管及底座和防護外罩為成套供應(yīng)，其油位指示應(yīng)與其適應(yīng)，如在互感器廠安裝錯誤，可能導(dǎo)致油位指示不正確，所以，必需保證其配套的準確性，以防止對油位的誤判斷。

5)設(shè)備的交接驗收應(yīng)嚴格開展，并將試驗結(jié)果與設(shè)備廠家和安裝單位的報告數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)較大差異時，查明原因，以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。

5 結(jié) 語

對一起220 kV電流互感器故障原因進行分析，由設(shè)備解體檢查及分析可知，電氣設(shè)備生產(chǎn)過程中存在未嚴格執(zhí)行操作規(guī)程、國家標準及偷工減料的問題。該電流互感器故障事件警醒電氣設(shè)備生產(chǎn)廠家要嚴格執(zhí)行相關(guān)國家標準和操作規(guī)程，規(guī)范設(shè)計工藝，保證電氣設(shè)備的生產(chǎn)質(zhì)量。同時，購置電氣設(shè)備的單位也要嚴格把關(guān)招、投標等環(huán)節(jié)，務(wù)必做好電氣設(shè)備的購買、交貨驗收等工作，進而保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。