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SF６电流互感器的主绝缘击穿故障分析吴旭涛，艾绍贵，樊益平（宁夏电力科技教育工程院，宁夏银川７５００１１）摘要：介绍了SF６电流互感器主绝缘击穿故障的原因、特点及预防措施。关键词：电流互感器；绝缘；特点；预防措施中图分类号：TM４０６文献标识码：B文章编号：１００１－８４２５（２００８）１２－００６８－０４AnalysisofMainInsulationBreakdownFaultinSF６CurrentTransformerWUXu－tao,AIShao－gui,FANYi－ping（NingxiaElectricScientificTechnology＆TrainingEngineeringInsitute,Yinchuan７５００１１,China）Abstract：Thereasons,characteristicandpreventivemeasuresofmaininsulationbreak-downfaultinSF６currenttransformerareintroduced．Keywords：Currenttransformer；Insulation；Characteristic；Preventivemeasure1引言SF６电流互感器是近年来出现的一种新型电气设备，在国内电网投入运行仅１０余年时间。因其结构简单、运行维护工作量小而受到运行单位的青睐。但由于缺乏相应的研究工作，SF６电流互感器的生产制造、出厂检验、交接验收及运行维护均缺乏有效的技术标准和检验手段。因此，随着SF６电流互感器的大量投入运行，也出现了一些问题，例如发生SF６电流互感器主绝缘击穿故障。据统计，１９９８年６月至２００５年７月，国家电网公司系统共计有１９台运行中的SF６电流互感器发生主绝缘击穿故障，后果极为严重。2SF6电流互感器主绝缘击穿故障原因分析国家电网公司SF６电流互感器主绝缘击穿故障的因素及故障设备数据如表１所示。２．１电容屏缺陷电容屏缺陷包括电容屏连接筒材料机械强度不够导致电容屏位移、电容锥场强高和制造工艺不良等。１９９９年４月１１日和１９９９年５月２３日，某电网公司５００kV某变电所的４台SF６电流互感器在下雨时先后发生了主绝缘击穿故障。经解体检查，４台故障设备情况类似，均为玻璃钢绝缘筒内壁有严重的自上到下贯穿性放电，与其相对应的电容屏外壁有不连续的放电痕迹。电容屏上端连接筒严重变形，表面有摩擦痕迹，接触面有黑色的放电痕迹。事故分析认为，电容屏连接筒材料机械强度不够，在卧倒运输及运行中受力变形，导致电容位移，引起内部场强发生变化，下雨造成外绝缘变化加剧了内部电场畸变。２００４年９月６日，某电网公司５００kV变电所的一台SF６电流互感器发生内部闪络。现场检查发现此台设备的二次接线盒盖掉落，顶部安全阀防雨帽飞落和安全阀打开。解体检查发现，屏蔽罩、内导电杆、外导电杆和电容屏有不同程度的烧灼，其中电容屏、外导电杆和磁屏蔽部分被烧融，电容锥表面的绝缘已经被烧黑。在电容锥上有少量不明杂质，屏蔽罩、内导电杆、外导电杆、电容锥和电容均压屏烧伤表１SF６电流互感器主绝缘击穿故障统计故障因素电容屏缺陷屏蔽罩缺陷支撑件缺陷异物操作不当不详故障设备数蛐台５５４３１１Table１StatisticaldataofbreakdownfaultsofmaininsulationinSF６currenttransformer第45卷第12期2008年12月TRANSFORMERVol．４５DecemberNo．１２２００８吴旭涛、艾绍贵、樊益平：SF6电流互感器的主绝缘击穿故障分析第12期部位均在互感器的同一侧。末屏接地线被烧断，二次接线盒有明显的烧黑痕迹。此台互感器电容锥的有效绝缘爬距约为２００mm，按过电压１５５０kV计算，轴向场强约为８０００kV蛐m。而国内CT制造厂家轴向场强控制一般在３０００kV蛐m～４０００kV蛐m，另外电容锥体表面粗糙。分析认为是电容锥场强高和制造工艺不良，导致了此次事故的发生。２．２屏蔽罩缺陷屏蔽罩缺陷主要包括屏蔽罩破裂和屏蔽罩螺丝松动等。２００５年７月，某省电力公司先后有４台５００kV的SF６电流互感器在投运时发生内部主绝缘击穿，全部是由于屏蔽罩破裂脱落，导致电场畸变，造成一次绕组对屏蔽罩击穿。１９９８年１２月１７日，某５００kV变电所的一台SF６电流互感器内部发生主绝缘击穿，引起母线差动保护动作。解体发现一次导电杆对屏蔽罩击穿，原因为屏蔽罩的一颗铆钉松动。２．３支撑件缺陷支撑件缺陷主要包括支撑件的微小裂缝或气泡和支撑件的松脱等。１９９９年３月２５日，某省电力公司一台５００kV的SF６电流互感器在运行中发生主绝缘击穿故障。经返厂解剖检查后认为，进口的８３３号绝缘支撑件中有微小的裂缝或气泡，导致正常工作电压下支撑件内部击穿。２００２年４月２０日，某５００kV变电所一台SF６电流互感器发生主绝缘击穿，解剖后分析认为是运输导致绝缘支撑件松脱所致。２．４异物导致SF６电流互感器主绝缘击穿的异物，可能是由于连接筒和电容屏上端的开口圆筒之间在运输过程中摩擦所产生杂质，也可能是因为接触不良造成的局部放电所生成物质，还有可能是制造过程中混入的杂质。这些异物散落到电容屏外表面和玻璃钢内壁上，使得电容屏外表面和玻璃钢内壁的电场分布发生畸变，产生持续的局部放电，最终造成了电流互感器内部绝缘击穿。２００３年５月１６日，某５００kV变电所５０２３C相、５０１３B相SF６电流互感器内部发生绝缘击穿事故。事故后，对５０２３A相和B相SF６电流互感器进行气体检测，发现存在SF６气体放电异常情况。现场解体检查表明，５０１３B相和５０２３C相事故设备的内部绝缘击穿情况类似，均有两个放电通道。第一个放电通道是沿电容屏外表面贯穿性放电，与电容屏外表面烧损处相对应的玻璃钢筒内壁也有放电现象；另一放电通道是铁心罩壳固定绝缘支撑件从高电位至低电位沿面放电，绝缘件和金属件烧蚀严重。对SF６气体异常的５０２３A相电流互感器解体发现，内部绝缘虽无明显放电痕迹，但在连接筒和电容屏上端的开口圆筒连接处，沿圆周有多个黑色斑块，用白纸擦拭发现有大量黑色粉末。3主绝缘击穿故障的特点３．１SF６电流互感器主绝缘击穿故障的特点SF６电流互感器主绝缘击穿故障绝大部分发生在５００kV系统。国家电网公司各级系统电压下，SF６电流互感器主绝缘击穿故障的发生情况如表２所示。表２中，故障发生率是指主绝缘击穿故障数与该系统电压下SF６电流互感器总故障数的百分比。国家电网公司５００kV系统的SF６电流互感器主绝缘击穿故障，占全部主绝缘击穿故障的８９．４７％，同时占５００kV系统SF６电流互感器故障总数的６５．３８％。SF６电流互感器躯壳内部空间有限，间隙较小，因此必须保证电场近似均匀性。此外，SF６电流互感器的二次绕组及其屏蔽罩通过绝缘支撑件进行固定，并与高电位隔离，因此需要有稳定良好的绝缘性能。５００kV电压等级的SF６电流互感器，内部场强高，均压难度大，绝缘支撑件需要长期耐受更高的电压，只要出现破坏电场均匀的因素或支撑件存在很小的缺陷，即可导致故障的发生。此外，５００kV电压等级的SF６电流互感器与低电压等级的SF６电流互感器相比，结构上最大的不同是具有电容屏结构，电容屏制作和安装工艺不良，也会导致主绝缘击穿故障的发生。３．２主绝缘击穿故障的SF６电流互感器的运行时间特点发生主绝缘击穿故障的SF６电流互感器运行时间不足１０天的有６台，其中４台在投运过程中就发生了主绝缘击穿故障。而这６台故障设备中，有４台是屏蔽罩破裂所致，１台是由于支撑件的微小裂缝或气泡所致，１台是由于支撑件的松脱所致。运行时间超过１０天，不足９０天的有２台。这２台全部是由于电容屏连接筒材料机械强度不够所致。运行时间超过９０天，不足１８０天的，有３台。其中２台是由于表２SF６电流互感器主绝缘击穿故障发生情况系统电压蛐kV主绝缘击穿故障台数蛐台故障发生率蛐％１１０１１１．１１２２０１１１．１１５００１７６５．３８Tatle２BreakdownfaultsofmaininsulationinSF６currenttransformer69第45卷电容屏连接筒材料机械强度不够所致，１台是由于制造过程中混入杂质所致。运行时间超过１８０天，不足３６０天的，有３台。其中１台是屏蔽罩螺丝松动所致，１台是支撑件的微小裂缝或气泡所致，１台原因不详。运行时间超过３６０天，不足７２０天的有１台，是由于支撑件的微小裂缝或气泡所致。运行时间超过１４００天的有４台，其中２台是由于接触不良造成的局部放电产生异物所致，１台是由于电屏制作不良所致，１台是人为原因所致。大部分发生主绝缘击穿故障的SF６电流互感器运行时间都不长，其中３１．６％的故障互感器运行时间不足１０天，５７．９％的故障互感器运行时间不足半年，７３．３％的故障互感器运行时间不足１年。因此，应加强SF６电流互感器投运前和运行初期的管理工作。屏蔽罩破裂和支撑件松脱等内部机械性损伤的SF６电流互感器，在运行很短的时间后，即有可能发生主绝缘击穿故障，此类缺陷通过外施交流耐压试验，往往可以检出。而存在诸如支撑件的微小裂缝或气泡等可能产生内部局部放电问题的SF６电流互感器，可能在运行较短的时间即会发生主绝缘击穿故障，也有可能在运行很长的时间后，主绝缘才会发生击穿，这与局部放电发展的速度有关，外施交流耐压试验不一定能够使其缺陷暴露。4防止主绝缘击穿的措施４．１设备的制造（１）保证设备的绝缘结构合理性。合理的绝缘结构是保证SF６电流互感器安全可靠运行的必要条件之一。如果绝缘结构设计不合理，造成局部场强过于集中，将会导致绝缘击穿故障。因此，制造厂应提高产品的设计水平，新型产品投产前，应严格对内部的场强进行充分的理论计算和实际测量，保证产品具有合理的绝缘结构。（２）提高设备材料和零部件的质量。设备材料和零部件的质量不良，如电容屏连接筒材料机械强度不够，支撑件存在微小裂缝或气泡等因素，都是导致SF６电流互感器主绝缘击穿故障的重要原因。SF６电流互感器生产厂家应选择质量优异的材料和零部件供货商，严格对每批材料和零部件进行认真的入厂检验。对于电容屏连接筒应充分验证其机械强度和延展性，支撑件必须满足全电压下２０h无局部放电的要求。（３）提高设备的装配质量。由于装配质量不良，如屏蔽罩破裂、屏蔽罩螺丝松动、支撑件的松脱、连接筒和电容屏上端的开口圆筒之间接触不良、制造过程中混入杂质等因素，也是导致SF６电流互感器主绝缘击穿故障的重要原因。此外，SF６电流互感器的电容屏通常都是靠人工缠绕完成，若工作环境不佳或工作人员责任心不强，都会导致电容屏质量不良，因而埋下故障隐患。因此，生产厂家应制订合理的装配流程，并要求工作人员严格执行，同时应保证厂房的环境条件及装配要求。（４）严格进行设备的出厂试验。产品支撑件性能不良、屏蔽罩螺丝松动、连接筒和电容屏上端的开口圆筒之间接触不良、制造过程中混入杂质等问题，通过产品出厂前的一次绕组的工频耐压试验和局部放电试验，是有可能检出的。因此，在产品出厂前，制造厂应严格进行一次绕组的工频耐压试验和局部放电试验。必要时，订货单位应安排人员对产品的出厂试验进行现场监督。４．２设备的运输设备不当的运输，可能导致内部器件发生位移，从而影响设备的绝缘水平。因此，制造厂设计生产的SF６电流互感器必须具备一定的运输颠震承受能力。同时，设备运输必须严格按照制造厂提出的要求进行。４．３设备的交接验收设备的材料和零部件的质量不良，装配工艺不当或设备运输存在问题，会导致设备到达安装现场后，内部器件出现位移或脱落。若生产厂家未能严格的进行出厂试验，还有可能造成存在缺陷的设备被安装使用。为此，在设备安装完成后，投运前应严格的进行交接验收试验。一次绕组的工频耐压试验能够发现设备的部件绝缘缺陷。然而很多设备的主绝缘击穿故障是绝缘缺陷在工作电压的长期作用下，逐步发展而形成的，除非进行局部放电测量，否则仅通过短时的一次绕组的工频耐压试验是难以发现的。然而安装现场的背景噪声水平一般难以满足SF６电流互感器常规局部放电测量的要求，