一起500 kV電流互感器閃絡故障情況介紹

王　偉，鄭含博，李予全，王利紅，李　強

(1. 國網河南省電力公司 電力科學研究院，鄭州　450052；2. 國網洛陽供電公司，河南 洛陽　471000)

一起500 kV電流互感器閃絡故障情況介紹

王偉1，鄭含博1，李予全1，王利紅2，李強2

(1. 國網河南省電力公司 電力科學研究院，鄭州450052；2. 國網洛陽供電公司，河南 洛陽471000)

摘要：對河南電網1臺500 kV電流互感器閃絡的典型故障進行了介紹，通過對故障電流互感器的解體檢查和結構分析，指出設計和制造缺陷引起局部場強畸變是故障的主要原因。

關鍵詞：電流互感器； 閃絡；場強畸變

電流互感器(CT)是電力系統中用于測量和保護的重要設備，在高電壓等級的電流互感器中，常常采用SF6氣體作為絕緣介質。由于SF6氣體具有優良的電絕緣性能[1-7]，因此隨著系統電壓的不斷升高，SF6氣體絕緣CT的使用量不斷增加，這些CT在運行中發生了各種故障。本文對河南電網一起550 kV SF6氣體絕緣CT外絕緣閃絡的典型故障進行了介紹，結合該類型CT的結構特點分析了故障原因，指出局部場強畸變是此次故障的主要原因。

1故障CT介紹

河南電網某500 kV變電站內全部采用某合資互感器公司生產的SAS550型CT，該型CT采用倒置式結構，SF6氣體絕緣，與傳統油浸式CT相比具有絕緣特性穩定、維護簡單、抗動熱穩定能力強、壽命長等優點[8]。其結構如圖1所示。

圖1　倒置式SF6氣體絕緣CT結構圖

該型CT所有的二次繞組封裝在一個空心圓柱形鋁罩內形成一個整體，鋁罩用來改善電場的均勻分布，且通過二次引線的保護管直接接地；一次導線由兩根銅導電桿組成，且與鋁殼絕緣，通過其端部的串并聯裝置(在鋁殼1的外面)可使兩根一次導電桿實行串并聯；兩根一次繞組的導線封裝在一個圓柱形的鋁管內，鋁管同樣是起均勻電場的作用，鋁管與鋁殼金屬聯結；絕緣支承桿(共4根)一端接二次繞組的外殼(即接地)，一端接鋁支承座上(即接運行電壓)，所以絕緣支承桿承受全部的運行電壓[9]。

2故障過程

該500 kV變電站1999年投運以來運行一直正常，2014年4月對所有CT進行了紅外測溫及SF6氣體濕度、純度、分解物、檢漏等帶電檢測，均未發現異常。

2014年5月1日15時5分，該500 kV電站內5013、5022、5031、5032、5033、5042、5053開關跳閘，造成500 kV Ⅱ母失壓。經現場查看發現5022開關A相電流互感器，5032、5033開關B相電流互感器閃絡，電流互感器安裝位置如圖2所示，故障前5021、5023開關在分閘位置。

圖2　故障點示意圖

調看故障錄波及保護動作情況，復原故障的詳細過程如下：

(1)15時5分50秒：5033開關B相電流互感器閃絡造成500 kV Ⅱ母兩套母線保護動作三相跳閘，由于故障點位于5033死區位置，5033開關三相跳開，故障未被隔離，5033開關死區保護動作跳開5032開關及BA Ⅱ線。

(2)15時5分50秒：5022開關A相電流互感器閃絡，BA Ⅰ線線路保護單跳A相，由于5022開關電流互感器閃絡一直存在，BA Ⅰ線線路保護單跳跳三相，5022開關死區保護動作，跳開AC Ⅱ線對側開關。

(3)15時5分54秒：5032開關B相電流互感器閃絡，BA Ⅱ線雙套線路保護動作，此時5032開關及BA Ⅱ線已經在分閘位置，AC Ⅰ線雙套線路保護單跳B相，5032開關死區保護動作，5031開關及AC Ⅰ線對側開關三跳。

可知首先有2臺互感器幾乎同時發生接地閃絡，4 s內又有1臺互感器發生了接地閃絡。故障時段變電站附近為雷雨天氣，氣溫22.7℃，局部風速接近20 m/s。

3現場檢查及試驗情況

現場檢查發現5022電流互感器A相、5032電流互感器B相、5033電流互感器B相外表面均有放電痕跡。其中5032電流互感器B相密度繼電器損毀。

故障后現場對鄭5033、5032、5022電流互感器進行了SF6氣體濕度、純度、分解物，直阻和絕緣電阻試驗，結果如下：

(1)鄭5033電流互感器A、C相測試結果正常，B相濕度、純度數據無異常，分解物氣體：SO2數值超過100 μL/L,H2S為13 μL/L，超出標準規定值；絕緣電阻合格。

(2)鄭5032電流互感器A、C相測試結果合格，B相SF6氣體完全泄露，絕緣電阻合格。

(3)鄭5022電流互感器A、B、C三相測試結果合格。

4解體及試驗情況

為分析故障的原因，將3臺故障的電流互感器運回高壓大廳進行解體檢查和進一步的試驗。首先對電流互感器的外觀進行了詳細檢查，3臺電流互感器外表面均有放電痕跡，電弧燒蝕痕跡明顯，復合護套本身無硬化、無裂紋等老化現象；表面有臟污，對3只電流互感器的外絕緣表面污穢度進行測試，結果為e級；對3只電流互感器的復合外套進行憎水性測試結果為HC3，憎水性良好，符合防污閃要求。

外觀檢查及測試后，對內部SF6氣體完全泄露的5032電流互感器B相直接解體。解體發現：內部一次導體、屏蔽管表面光潔、無放電或異常；二次繞組屏蔽罩及絕緣支撐件表面干凈，無放電痕跡或其他異常；電容屏內部無放電痕跡；玻璃鋼筒內表面無放電痕跡或其他異常；電容屏的鋼筒與鋁接筒接觸位置有輕微放電點，該類產品運行后在此部位會產生高頻放電痕跡，對主絕緣無影響，在其它正常產品上也多有發現?？傮w來講對5032電流互感器B相解體未發現內部絕緣缺陷。

對5033電流互感器B相解體情況與5032電流互感器類似，未發現內部絕緣缺陷。

鑒于5032和5033電流互感器B相解體檢查均未發現內部缺陷，可以斷定此次電流互感器故障均為單純的外部閃絡故障。為確認外部閃絡的原因，決定在高壓大廳內對鄭5022電流互感器A相開展進一步的試驗。

首先對5022電流互感器A相進行了介損測量和工頻耐受電壓試驗，均無異常。在對內部絕緣進行考核后，又開展了工頻最高運行電壓下淋雨試驗。人工淋雨采用45°淋雨(模擬風雨交加)方式，雨水的平均值不小于1 mm/min。根據當地氣象數據，雨水電導率為50 μS/cm～2 000 μS/cm，考慮現場嚴苛條件，最終選擇雨水電導率為2 000 μS/cm。施加試驗電壓為318 kV，然后淋雨，保持淋雨率連續、穩定。初始淋雨時段，電弧主要集中在高壓強場強區，在強場強區最先出現電暈，隨后電弧逐步由上至下發展，在套管形成明顯電弧放電。

此外還在淋雨情況下對電流互感器施加雷電全波沖擊，沖擊耐受電壓1 106 kV，淋雨角度45°，正負各3次，未發現異常。

5故障原因分析

該類型電流互感器曾在國內大量使用，在運行中出現過電容屏故障、支撐件故障、外絕緣閃絡故障等數十起各類故障，其中外絕緣閃絡故障出現的很少，大量故障均為內部電容屏和支撐件出現擊穿甚至炸毀。

高壓SF6氣體絕緣電流互感器由于絕緣氣體本身特性,其電場分布的均勻程度和電場強度分布必須嚴格控制,以保證其高絕緣特性[10]。而根據統計分析，該公司電流互感器電容屏故障的主要原因為電容屏高壓側等電位銅帶的結構和安裝工藝不能相互配合，導致總裝以后銅帶隨意彎曲且貼靠在玻璃鋼筒內壁，由于復合外絕緣的上法蘭深度不夠，銅帶會有一部分長度落在法蘭屏蔽范圍之外(見圖3)。造成場強畸變(見圖4)。極易形成銅帶與玻璃鋼筒之間在雷擊過電壓和工頻持續運行電壓下的放電，在長期運行中，這種放電形成的玻璃鋼筒絕緣損傷逐漸擴大，放電生成物造成局部污染，甚至向下不斷擴大，最終導致電容屏沿面擊穿。

圖3　銅帶落在法蘭屏蔽范圍之外

圖4　場強畸變仿真圖

本次電流互感器故障發生時，變電站周圍出現雷雨加大風的惡劣的微氣候，查詢雷電定位系統得知，在故障發生時間14:58～15:18期間，AC Ⅰ、Ⅱ回線路走廊內落雷12次。故障發生前的14:40～14:58也出現了大量的落雷。

綜合上述情況，可以判斷該類型電流互感器由于電容屏高壓等電位銅帶的安裝過程缺少質量控制，使銅帶末端低于套管上法蘭，影響到絕緣外護套局部外電場的均勻性，易產生局部放電；同時該互感器絕緣外護套采用等徑傘裙設計，在大雨和大風的作用下傘裙與傘裙間易形成連續的雨水導電通道，使局部放電迅速發展，在套管外絕緣形成多處沿面爬電；最終在雷電侵入波的作用下形成貫穿性對地閃絡，導致本次跳閘故障。

本次電流互感器故障雖為外絕緣閃絡，與經常發生的內部故障現象不同。但故障的起因均為設計和制造原因造成電流互感器存在局部場強畸變，在惡劣天氣的作用下缺陷迅速發展，最終形成絕緣擊穿，屬典型的產品質量問題。

6結論及建議

本次電流互感器故障的根本原因為設計和制造時考慮不周導致產品存在先天缺陷，在外部惡劣天氣的激發下形成放電故障。雖然該類型電流互感器的用量很大，但由于造成缺陷的因素較多

且整改困難，為保障電網的安全運行，建議將該類型的互感器全部進行更換。

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(本文編輯：嚴加)

Introduction to a Flashover Failure of 500 kV Current Transformer

WANG Wei1, ZHENG Han-bo1, LI Yu-quan1, WANG Li-hong2， LI Qiang2

(1. State Grid Electric Power Research Institute, HAEPC, Zhengzhou 450052, China;2. State Grid Luoyang Power Supply Bureau, Luoyang 471000, China)

Abstract:This paper introduces a typical flashover failure of a 500kV current transformer in Henan power grid. Through the disintegration and structural analysis of the current transformer, we can point out that the failure is mainly due to the transformer local field strength distortion caused by design and manufacturing defects.

Key words:current transformer; flashover; field strength distortion

DOI：10.11973/dlyny201601030

作者簡介：王偉(1978)，男，高級工程師，從事變壓器類設備的試驗研究工作。

中圖分類號：TM406

文獻標志碼：B

文章編號：2095-1256(2016)01-0141-04

收稿日期：2015-12-08