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ｄｏｉ:１０３９６９/ｊｉｓｓｎ１００８￣０１９８２０１４０６０１０１例１１０ｋＶ电容式电流互感器故障分析Ｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆａ１１０ｋＶｃａｐａｃｉｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ陶靖１ꎬ蔡炜２ꎬ赵军如２(１.国网湖南省电力公司电力科学研究院ꎬ湖南长沙４１０００７ꎻ２.国网湖南省电力公司娄底供电分公司ꎬ湖南娄底４１７０００)摘 要:某台电容式电流互感器出现异常后ꎬ采用色谱分析进行了长时间的跟踪监测ꎬ对故障类型、可能部位进行了准确诊断ꎮ比较设备异常前后电气试验数据ꎬ未发现明显变化ꎬ解体后发现故障为上部导线弯头处放电ꎮ关键词:电容式电流互感器ꎻ色谱分析ꎻ电气试验ꎻ诊断ꎻ放电中图分类号:ＴＰ３０９ 文献标志码:Ｂ 文章编号:１００８￣０１９８(２０１４)０６￣００３５￣０３收稿日期:２０１４￣０５￣０６ 改回日期:２０１４￣０７￣０２ 电流互感器是将一次(高压)侧交流电流按照额定电压比转换成可供电侧仪表、继电保护装置或者控制装置使用的二次(低压)侧电流的变压设备ꎮ按照主绝缘结构形式分为:固体绝缘电流互感器、油纸绝缘电流互感器和ＳＦ６气体绝缘电流互感器ꎮ电缆—电容型油纸绝缘结构由于其更为完善绝缘结构和材料已经广泛使用到电网中ꎮ这种结构的特点是在绝缘厚度上装设一系列金属箔ꎬ使绝缘内、外层上的电位梯度分布更加均匀ꎮ电负荷均匀ꎬ绝缘总厚度缩小ꎬ从而也缩小外瓷套管的直径ꎬ及二次铁芯磁路直径ꎬ改善其误差特性ꎮ此外缩小厚度使散热得到改善ꎬ总重量减轻〔１〕ꎮ目前１１０ｋＶ油浸正立式电流互感器在电网中数量众多ꎬ如果发生故障会造成变电站母线停电ꎬ损失巨大ꎮ随着输变电设备状态检修的深入ꎬ开展带电取油样ꎬ进行油色谱试验ꎬ可在设备运行状态下发现早期潜伏性故障ꎬ及时采取措施ꎬ保证电力设备的安全稳定运行〔２〕ꎮ１ 设备和故障情况简介湖南电网某台电流互感器为某电瓷电器厂１９９５年３月产品ꎬ１９９５年７月１日投入运行ꎬ无不良运行工况ꎮ设备参数见表１ꎮ表１ 电流互感器设备铭牌生产厂家湖南某电瓷厂生产日期１９９５￣０３￣０１设备型号ＬＣＷＢ６￣１１０Ｂ油重０１６５ｔ绝缘水平雷电４５０ｋＶ工频２００ｋＶ变比６００/５爬电比距２５ｍｍ/ｋＶ二次绕组数量４个热稳定电流４５ｋＡ动稳定电流１１４ｋＡ连续热稳定电流２２５ｋＡ热稳定电流时间１ｓ２００９年１１月例行色谱检测正常ꎬ２０１２年９月例行色谱分析ꎬ发现氢气和乙炔含量超注意值ꎬ乙炔含量达到３８０９μＬ/Ｌꎬ严重超注意值(２μＬ/Ｌ)ꎬ随后每月跟踪检测１次ꎬ发现色谱各组分都不断增长ꎬ至２０１３年３月乙炔较１月大幅增长至２７４１２μＬ/Ｌꎬ３月８日对其进行了更换ꎬ并于４月１２日进行了解体分析ꎮ２ 试验和解体分析２１ 电气试验文献〔３〕规定的电流互感器周期性检测项目有绝缘电阻、主绝缘的介质损耗和电容量ꎮ发现异常情况后ꎬ于２０１２年１１月１１日对该电流互感器５３ 第３４卷第６期湖 南 电 力ＨＵＮＡＮＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ ２０１４年１２月进行了例行试验ꎬ结果见表２ꎬ３ꎮ表２ 绝缘电阻试验数据ＭΩ绝缘电阻ＡＢＣ主绝缘３００００３１０００３１０００末屏绝缘３０００３０００３０００表３ 介损和电容量试验数据相别参数试验数据测量时间交接试验２００７１１５２０１２１１１１ 温/湿度/℃/％１５/６５１８/６０测量电压/ｋＶ１０１０１０Ａ主绝缘ｔａｎδ/％/０１３３０４４６主绝缘电容/ｐＦ７１５５７１２３７１７１电容量初值差/％/－０４５０２２Ｂ主绝缘ｔａｎδ/％/００４５０２２１主绝缘电容/ｐＦ６９３９６９２９６９６６电容量初值差/％/－０１４０５３Ｃ主绝缘ｔａｎδ/％/００３１０２４２主绝缘电容/ｐＦ６９４４６９２１６９６３电容量初值差/％/－０３３－０２７从表２中可知ꎬ互感器ＡꎬＢ和Ｃ三相主绝缘电阻和末屏绝缘电阻数据未见异常ꎮ从表３中可知ꎬ互感器ＡꎬＢ和Ｃ三相主绝缘介损都有大幅度的增长ꎬ但是仍未超过１０％的预试规程要求ꎮ主绝缘电容量数据无明显变化ꎬ电容量初值差远小于±５％的预试规程要求ꎮ２０１２年９月互感器Ｃ相出现色谱异常后电气试验并未发现异常ꎬ与历史数据纵向比较和与另外两相横向比较均无明显差异ꎮ２２ 色谱分析色谱分析是发现油浸式电气设备潜伏性故障的最有效手段〔４〕ꎬ通过色谱分析及时发现了异常并进行了跟踪监测ꎬ数据见表４ꎮ２０１２年９月发现乙炔严重超标(标准为２μＬ/Ｌ)ꎬ氢气超标(标准为１５０μＬ/Ｌ)ꎬ总烃未超过标准值１００μＬ/Ｌꎬ初步判断有严重的放电性故障ꎮ这与电流互感器常见的局部放电故障特征气体为Ｈ２和ＣＨ４的情况具有明显差异〔５〕ꎮ２０１２年９—１２月ꎬ乙炔、氢气和总烃的绝对产气速率分别为０１０ｍＬ/ｄ、０４１ｍＬ/ｄ和０１５ｍＬ/ｄꎬ相对产气速率分别为４３％ꎬ２６％和３４％ꎻ２０１２年１２月至２０１３年３月ꎬ绝对产气速率分别为０４４ｍＬ/ｄꎬ１０２ｍＬ/ｄ和０６３ｍＬ/ｄꎬ相对产气速率分别为８０％ꎬ４４％和６８％ꎮ故障前期和后期的产气速率有大幅度的增长ꎬ说明故障严重程度在不断加大ꎮ表４ 色谱分析数据试验日期色谱组分/μＬＬ－１ＣＨ４Ｃ２Ｈ４Ｃ２Ｈ６Ｃ２Ｈ２Ｈ２２００９￣１１￣１６２０９１４４２７３０８６２０１２￣０９￣１１１５６２１３９９５４１３７７２２０６５２０１２￣１０￣１１１７５３１７９８５３７４６８５２７８３８２０１２￣１１￣２３１８４７１８８５４２６４８４８２９３９８２０１２￣１２￣２０２７０９２８７１５７８９１５９３８１５３２０１３￣０１￣１５３２０６３７８７６５２１１４３５４３２５１２０１３￣０３－０６６３１８６６３２１０１１２７４１２８０４７７试验日期色谱组分/μＬＬ－１ＣＯＣＯ２总烃三比值２００９￣１１￣１６１７４４１１５５１７６２６/２０１２￣０９￣１１１６３１１４５６９１７２７４１１１２０１２￣１０￣１１２０７８１１４６０６９８７７３１１２２０１２￣１１￣２３２１８４４１３７５９５９００６１１２２０１２￣１２￣２０２０８４７１２９１３７１５３１７２１２２０１３￣０１￣１５２１２４５１３５６４１９０８２１２２０１３￣０３￣０６２４０６９１２５２１４１３７３２１２根据文献〔６〕计算色谱数据的三比值ꎬ早期为１１１ꎬ１１２ꎬ后期发展成为２１２ꎬ乙炔产气速率不断加快ꎬ即早期为线圈匝间、层间短路或因环路电流引起电弧ꎬ逐渐转变成为引线对电位未固定的部件之间连续火花放电、不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位之间的火花放电ꎮＣＯ２与ＣＯ总体变化不大ꎬ通常故障部位有绝缘包裹时ＣＯ２或ＣＯ会有明显变化〔７〕ꎬ说明故障并未涉及到互感器的主体绝缘部分ꎬ但ＣＯ的产气速率明显高于ＣＯ２ꎬ说明可能存在小范围固体绝缘的非正常老化ꎮ２３ 解体检查对该互感器进行了解体吊罩检查ꎬ互感器上部导线弯头两侧有烧黑迹象ꎬ将其拨开ꎬ越到里层越黑ꎮ检查互感器各部位后发现引线为铜板夹紧式固定ꎬ其中１根引线未夹紧ꎬ部分松动ꎮ互感器末屏与零屏压接处接触牢固可靠ꎬ未发现异常ꎻ紧挨屏的内外层绝缘纸未发现发电或过热痕迹ꎬ也未发现有褶皱或Ｘ蜡堆积ꎻ铝箔、一次绕组与二次绕组之间、一次绕组底部等均未发现放电现象ꎮ６３第３４卷第６期湖 南 电 力２０１４年１２月３ 原因分析通过色谱和解体检查的情况分析推测可能的故障原因为:１根引线线夹在出厂时螺丝未完全旋紧ꎬ导致其中１股引线松动ꎬ每股导线都有绝缘纸包裹ꎬ此导线会产生悬浮电位ꎬ由于互感器顶端弯头两侧场强较集中ꎬ首先在这２个部位产生过热ꎬ导致绝缘纸炭化ꎬ当绝缘纸破损后在此处产生匝间短路ꎬ匝乙炔含量不断升高ꎬ随着时间延长ꎬ绝缘不断破坏ꎬ逐步发展成为匝间火花放电ꎮ４ 建议色谱分析是发现电流互感器潜伏性故障的有效手段ꎬ能够发现电气试验无法发现的问题ꎬ对于油浸式电流互感器应该严格按照预试规程所要求的１—３年的检测周期进行取样分析ꎬ发现异常应根据故障的性质、位置、严重程度等确定缩短周期监测、计划检修或立即更换等检修策略ꎮ参考文献〔１〕王士和ꎬ刘茂恺.超高压电流互感器绝缘的研究〔Ｊ〕.电气开关ꎬ１９９８ꎬ(４):３４￣３９.〔２〕张利燕ꎬ郭猛ꎬ陈志勇ꎬ等.电流互感器故障诊断与分析〔Ｊ〕.变压器ꎬ２０１１ꎬ４８(１１):５７￣５９.〔３〕ＤＬ/Ｔ５９６—１９９６电力设备预防性试验规程〔Ｓ〕.北京:中国电力出版社ꎬ１９９６.〔４〕张利燕ꎬ刘廷众ꎬ周小平ꎬ等.用色谱法诊断电流互感器绝缘故障〔Ｊ〕.变压器ꎬ２０１０ꎬ４７(８):２９￣３１.〔５〕梁之林ꎬ王朔.２２０ｋＶ电流互感器故障分析〔Ｊ〕.变压器ꎬ２０１０ꎬ４７(４):７２￣７６.〔６〕ＤＬ/Ｔ７２２—２０００变压器油中溶解气体分析和判断导则〔Ｓ〕.北京:中国电力出版社ꎬ２０００.〔７〕邹彬ꎬ郭森ꎬ袁聪波ꎬ等.一起２２０ｋＶ油浸倒立式电流互感器故障原因分析〔Ｊ〕.变压器ꎬ２０１０ꎬ４７(２):６９￣７２.作者简介陶靖(１９５７)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ从事电力系统油气试验和研究工作ꎮ(上接第３０页)路昆山侧发生三相永久性故障ꎬ昆山—岳阳南双回同时跳闸ꎬ会引起华岳电厂机组功角失稳ꎬ昆山和岳阳南５００ｋＶ母线以及长株潭地区沙坪和捞刀河等２２０ｋＶ母线电压失稳ꎬ需采取切除华岳电厂１台５００ｋＶ并网机组的措施ꎻ如果昆山—岳阳南线路岳阳南侧发生三相永久性故障ꎬ昆山—岳阳南双回同时跳闸ꎬ会引起华岳电厂机组功角失稳ꎬ昆山和岳阳南５００ｋＶ母线以及长株潭地区沙坪和捞刀河等２２０ｋＶ母线电压失稳ꎬ需控制昆山—岳阳南双回线路输送功率不超过１２２０ＭＷꎬ同时采取切除华岳电厂１台５００ｋＶ并网机组的措施ꎮ５ 结论从岳阳地区５００ｋＶ主变有功功率下网能力和华岳电厂外送能力２个方面考虑ꎬ就５００ｋＶ岳阳南输变电工程投产后对岳阳地区电网安全稳定水平的影响进行计算分析ꎬ主要结论如下:１)５００ｋＶ岳阳南输变电工程投产后ꎬ岳阳地区电网的网架结构得到进一步增强ꎬ系统运行可靠性大为增强ꎮ２)５００ｋＶ岳阳南输变电工程投产后ꎬ岳阳地区５００ｋＶ主变下网控制功率由原来的５００ＭＷ提高到了１０６０ＭＷꎬ大大提升了岳阳地区５００ｋＶ主变的下网能力ꎮ对于大负荷时段岳阳地区电网的电力需求提供了重要的保障ꎮ３)新建的５００ｋＶ昆山—岳阳南—星沙线路提高了华岳电厂的电能外送水平ꎮ若不考虑５００ｋＶ昆山—岳阳南双回线同时故障跳闸ꎬ则华岳电厂满发外送不受限制ꎮ４)５００ｋＶ岳阳南输变电工程投产后ꎬ若考虑５００ｋＶ昆山—岳阳南双回线路同时故障跳闸ꎬ则需要控制昆山—岳阳南双回线路南送长株潭地区潮流ꎬ同时采取相应切华岳电厂机组的措施ꎮ但较岳阳南输变电工程投产前昆山—沙坪Ⅰ线的控制功率相比ꎬ提升效果明显ꎮ参考文献〔１〕国网湖南省电力公司经济技术研究院.湖南省电力公司‘十二五’电网发展滚动规划(２０１３版)〔Ｒ〕.２０１３.〔２〕国网湖南省电力公司.２０１４年度湖南电网运行方式(强电部分)〔Ｒ〕.２０１３.作者简介陈道君(１９８６)ꎬ男ꎬ博士ꎬ工程师ꎬ主要从事电网安全稳定计算分析方面的生产和科研工作ꎮ呙虎(１９８３)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ主要从事电力系统运行分析与仿真工作ꎮ李晨坤(１９８８)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ助理工程师ꎬ主要从事电力系统运行分析与仿真工作ꎮ７３第３４卷第６期陶靖等:１例１１０ｋＶ电容式电流互感器故障分析２０１４年１２月