110 kV倒置少油電流互感器金屬膨脹器含氫拉伸故障

董均宇，鄒德旭，周駿，顏冰

(1.云南電網公司，昆明 650011;2.云南電網公司電力研究院，昆明 650217)

1 前言

某110 kV倒置少油電流互感器金屬膨脹器膨脹沖頂，油位指示彈出，排氣后油位指示正常。對該電流互感器取油色譜分析，發現氫氣含量達13164.4 μL/L 之高，乙炔為0.74 μL/L，總烴為1127 μL/L，對比投運前色譜分接結果發現，放電和過熱故障特征氣體增長幾百倍，表明互感器內部發生低能局放和過熱現象。

2 倒置少油電流互感器結構

2.1 結構特點

少油倒置式電流互感器結構上主要由膨脹器外罩、排氣塞、膨脹器油位指示器、金屬膨脹器、高壓絕緣、二次繞組、一次端子、儲油柜、瓷套、底座、二次端子盒、二次端子和注油塞組成。

1)從結構上來來看，該型產品二次繞組及鐵芯在頂端，頂部油箱較小，不適于多次取油，多次取油后會影響其絕緣性能;

2)從互感器頭部的絕緣分布看出，地電屏在內部，高壓電屏在外部，外部屬于高場強區，與正立式產品結構正好相反;

3)互感器膨脹器的選用除滿足不同運行溫度下補償油位變化作用外，還為了避免互感器內部絕緣油與外部空氣的接觸，以保證產品絕緣不受潮，所以該型產品必須保證在微正壓狀態下運行，一但產品形成負壓，也就是膨脹器內少油，達到最低油位頭部位置的絕緣場強就會發生改變，從而引起低能量局放，并且負壓越大，產生的局放量可能就越大，因此此類產品運行過程中始終需要需保證微正壓，膨脹器內不允許無油，當油位達到最低位時必須立即停電進行補油［1－4］。

2.2 關鍵生產工序

對于倒立少油電流互感器，其生產過程中最為重要的工序為絕緣包扎和真空注油［5－6］。

1)絕緣包扎:倒置式電流互感器二次屏蔽頭呈環狀，若保持環狀結構內外徑等厚度包繞，需在環狀屏蔽殼外徑處增加絕緣紙，因此互感器頭部包繞時需手工完成;對互感器二次屏蔽外殼進行手工包繞時，需保證絕緣紙包扎緊實，若絕緣層間留有縫隙，則當頭部浸油時將形成油隙，另外就是二次繞組器身與導電桿接頭處絕緣包扎時需特殊處理以保證絕緣層的連續性，特別當完成器身干燥后，絕緣紙因脫水而產生收縮易導致該連接處出現縫隙，進而在浸油時產生油隙。

2)真空注油:絕緣紙脫氣不徹底而殘留氣泡是誘發絕緣層間局部放電的重要因素，因此真空注油前需從器身頂部以均勻的速度抽真空，達到指定真空度并保持規定時間后，從底部向器身注油，注油全過程應保持真空，減少絕緣紙中殘留氣泡進而降低局部放電發生的概率。

2.3 了解體檢查情況

對該互感器進行了解體檢查，除鐵芯外部用于絕緣的聚酯薄膜有發黃變脆跡象外，未見其他發熱或放電痕跡。具體情況如下:

1)金屬膨脹器及油箱內表面無放電痕跡。

2)主絕緣無異常。

3)聚酯薄膜存在發黃變脆痕跡。

3 互感器氫氣超標原因

1)金屬膨脹器中含有鎳，油中的環氧烷在鎳和電場的作用下，發生了脫氫反應，該反應是可逆的，與溫度及油中的氫氣含量有關，這是單氫氣含量超標的主要原因;

2)新的不銹鋼材料和金屬膨脹器可能在加工過程和焊接過程中吸附氫氣，如果在設備組裝時清除氫氣不徹底，就會將氫氣帶入互感器油中，投入運行后在油的浸泡和電場的作用下，它就會慢慢釋放出來;

3)互感器受潮，水分子發生電解產生氫氣;第一種和第二種原因產生的氫氣含量隨電流互感器運行時間的增加不會突然增加。

4 故障分析

4.1 油色譜分析

從表1故障前后色譜及微水結果來看，該電流互感器故障后油中氫氣和總烴含量嚴重超標、其中氫氣含量嚴重偏高，微水含量均在5 mg/L左右，根據三比值法判定互感器內部出現低能局放結果及油中氫氣含量偏高的各種原因，互感器內部受潮的可能性極小;

4.2 電場強度仿真分析

從該產品頭部電場仿真分布情況看出，鐵心左右兩側圓弧處電場強度最大，頂部和底部相對較小。若因取油出現少油的情況，必首先會在鐵芯殼兩側圓弧處及頂部和底部出現放電。但從解體檢查未見鐵心左右圓弧處及頂部有放電現象，說明電流互感器的故障不是因少油導致，見圖1。

圖1 電場強度及等位線仿真

4.3 解體檢查結果分析

從解體情況來看，第一、該型電流互感器二次直接組裝在一起，鐵芯外未用屏蔽罩，外部用半導體材料與引線支架形成主絕緣的低壓屏，有可能造成低壓屏表面的電場不均勻;第二、二次繞組外除絕緣紙還包有起絕緣作用的聚酯薄膜，聚酯薄膜和絕緣紙介電常數不一樣，會造成局放場強不均應，并且聚酯薄膜的存在會阻擋內側絕緣紙的浸漬、抽空和絕緣干燥的效果;第三、組裝在一起的二次線圈外圓面比較齊 (因為二次線圈的外徑相等)，多個個線圈放在一起高度比較大，絕緣包扎時若中間紙帶拉緊不可靠，干燥注油后形成便會留下油隙。

4.4 故障原因

1)該型電流互感器鐵芯外未用屏蔽罩，有可能造成低壓屏表面的電場不均勻，因為二次繞組的圓弧半徑小，場強較集中，在電壓作用下會發生局部放電;

2)二次繞組外除紙絕緣外包有聚酯薄膜可能使得薄膜內側的絕緣紙浸漬和干燥不徹底，在運行電壓下由于氣泡的存在出現局放;

3)電流互感器二次線圈之間的絕緣包扎拉緊可能不到位，在絕緣干燥后可能會留有油隙，在抽空不徹底情況下，油隙中容易發生低能量放電產生氣體;

4)電流互感器本身抽空很干燥工藝不良。

5 結束語

1)依據工廠生產工藝，合理提高設計裕度，留足工藝誤差。

2)完善產品說明書內容，技術規范中有明確規定要求倒置式電流互感器的運輸過程中不能有嚴重震動、沖撞現象，并嚴格規定220 kV及以上倒置式電流互感器必須平放運輸，并且要求加裝沖撞記錄儀進行振動監視。

3)加強交接比對試驗的管控，發現交接試驗數據與出廠試驗數據有較大差異時，嚴格按標準進行分析判斷，注意電容量的變化。

4)冬春氣溫早晚溫差較大或負載變化較大時，加強巡維。

5)必要時安裝在線監測裝置，實時監測電流互感器的電容量及介損，防止互感器突發絕緣擊穿等事故的發生。

［1］魏朝暉.油浸倒立式電流互感器設計 ［J］.變壓器，2009，37(9):6－9.

［2］陳化鋼.電力設備預防性試驗方法 及診斷技術［M］.北京:中國科學技術出版社，2001.

［3］GB/T7252－2001.變壓器油中溶解氣體和判斷導則［S］.

［4］陳瑞國，韓洪剛，孫艷鶴.220 kV油浸倒立式電流互感器問題分析 ［J］.變壓器，2010，47(5):68－74.

［5］肖耀榮，伍東風，李長庫，等.互感器制造技術［M］.北京:機械工業出版社，1998.

［6］李影.倒置式電流互感器常見故障及診斷分析 ［J］.中國電力教育，2013(5):199－120.

［7］王世閣.倒置式電流互感器運行狀況分析及提高安全運行性能的建議［J］.變壓器，2009，46(9):64－68.