电流互感器密封失效引起的绝缘故障分析

电流互感器密封失效引起的绝缘故障分析

郝彦蓉

国网陕西省电力公司渭南供电公司， 陕西渭南， 714000

摘要：电流互感器，将电网中大电流信息传递到小电流二次侧的重要电气设备，承担着较为重要的任务。文中分析电流互感器密封失效造成的绝缘故障，给出针对性的解决措施，保证电流互感器正常运行。

关键词：电流互感器；密封失效；绝缘故障

电流互感器是用来测量一次侧大电流的重要的测量装置，是电力系统二次侧继电保护设备获取一次侧电力系统运行状态的重要手段。正确配置和选择电流互感器对整个电力系统的安全运行有着极大的作用。

1、电流互感器分析

1.1 测量用电流互感器

测量用电流互感器主要是用来将电力系统一次侧的电流传输给二次侧的继电保护设备及其控制元件中。从而保证电力系统的安全正常运行，所以对测量用电流互感器的测量准确度有较高的要求。电流互感器国家规定的二次侧额定电流为1A 或5A。

电流互感器二次侧运行时一般为短路运行，其二次侧的工作电压很低。通常电流互感器一次侧匝数较少，即1 匝到几匝，二次侧匝数较多。精度等级分为0.2/0.5/1/3/10 五类。

1.2 保护用电流互感器

当电力系统运行发生故障时，保护用电流互感器用于检测电力系统电流并将此时电流信号有效传给二次侧，使继电保护设备能够正常工作进行跳闸、重合闸等操作。电流互感器具有较多分类，以应对不同的工作需求，保护用电流互感器有不同的准确级。在电力系统发生故障时，短路电流、电压会瞬间增大，引发较大的电动力和热动力，整个电网的各个设备都会受到影响，严重时甚至会造成电网裂解和崩溃。保护用电流互感器需要在极端条件下工作，所以选择电流互感器时，需要考虑到电流互感器需要能够耐受大电流，短路电流通常是正常运行时的几倍到几十倍，能够承受电动力和热动力，并且需要保证有足够的准确度。

在电力系统发生故障时，一次侧电流会激增并发生激变，从而造成电流互感器铁芯饱和，由此产生二次侧感应电流波形畸变，不能正确反映一次侧电力系统的运行状态，影响继电保护装置正常动作。

2、电流互感器绝缘结构

2.1 油浸式电流互感器

按主绝缘结构不同，油浸式电流互感器可分为纯油纸绝缘的链型结构和电容型油纸绝缘结构。中国生产的 66 k V 及以下电流互感器多采用链型绝缘结构，而 110 k V 及以上电流互感器则主要采用电容型绝缘结构。为了充分利用材料的绝缘特性，在绝缘内设有导电或半导电的电屏，把油纸绝缘分为很多绝缘层，每一对电屏连同绝缘层就是一个电容器为了保证电压在电屏之间均匀分布，应使每对电屏间电容量基本相同，通常按照等厚绝缘原则来设计，即相邻电屏之间绝缘厚度彼此相等。这些电屏又称为主屏，最内层的电屏与一次绕组高压作电气连接，称为零屏，最外层的电屏接地，称为末屏或地屏。电容型绝缘电屏端部是极不均匀电场，为了改善电场分布，在两个主屏端部设置几个较短的端屏（也称副屏），将端部绝缘屏间厚度减小。

2.6 SF₆

电流互感器由于 SF₆气体具有优良的绝缘性能，且 SF₆气体绝缘式有无油、无瓷、体积小、重量轻、性能稳定等优点，在高电压等级电网中 SF₆气体绝缘电流互感器比例不断增加。

电流互感器内部故障产生电弧时，电弧能量会使气体温度升高从而导致压力升高致使壳体塑性变形甚至爆炸。为了防止这种事故频频发生，在高压电器领域采用了多种防护方法，其中给气室安装泄放装置被广泛应用，爆破片是一种典型的泄放装置。爆破片有两种，一种是石墨爆破片，一种是金属爆破片。石墨压制的爆破片受石墨粉粒度和压制烧结工艺分散性等因素的影响，其爆破特性的稳定性较难控制。金属(1Cr18Ni9Ti)爆破片因材质稳定、厚度均匀且易控制，因此具有较稳定可靠的爆破特性，得到广泛的使用。

3、电流互感器密封失效引起的绝缘故障

3.1 故障情况

2016 年 8 月，某 220 k V 变电站第一套母差保护 I 的 A 相差动动作，第二套母差保护 I 的 A 相差动动作，A 相动作差流 73.81 A，差流定值 2.5 A，保护动作切除时间 40 ms。 现场检查发现为 220 k VA 相电流互感器故障导致跳闸，该互感器为 2005 年出厂的 LB9—220W型产品。该组电流互感器于 2005 年进行交接试验，2006 年进行 1 年期试验，随后于 2010 年和2014 年进行了周期性试验，试验数据均正常。日常巡视、状态巡检及状态评价中均未发现异常。

具体检查情况如下：外观检查发现互感器波纹膨胀器弹出油枕外壳，解体为三部分。现场波纹膨胀器解体为三部分，其中一部分位于油枕内，其余两部分分别散落在构架下方，其中最上段的波纹管顶端有明显油渍。

3.2 原因分析

该电流互感器为油浸倒置式。互感器头部储油柜采用铸铝件，其内装有二次器身，一次导电杆从二次器身的铁心中穿过，主绝缘全部包在二次上，主绝缘分成头部绝缘和直线段绝缘两部分，由若干个电容屏组成，产品头部顶端装有不锈钢膨胀器，外绝缘采用高强瓷，二次端子板采用整体浇筑式。

3.2.1 返厂解体

为进一步分析故障互感器原因，在制造厂对其进行了解体，解体中将一次导电杆（铝管）拔出，表面清理后发现导电杆上表面有多处放电痕迹，进一步检查一次导电杆对应的二次屏蔽罩下表面，发现也有放电痕迹。

初步确定一次导电杆（高电位）对二次屏蔽罩（地电位）构成了放电通道。其他部位未发现明显异常痕迹。

3.2.2 绝缘受潮分析

为了解本组电流互感器的运行状态，对另外B、C 相电流互感器进行外观检查和例行试验，对比互感器 B 相历史色谱数据发现在本次测量中各故障特征气体出现显著增长，而C相数据保持稳定，怀疑B相互感器内部也发生了放电缺陷导致油色谱数据的异常。对B相互感器进行解体检查过程中发现B相互感器金属膨胀器顶端放气塞附近发现油迹，由于膨胀器顶部边缘对轻微渗油有蓄积作用，因此在拆开金属外罩前未发现。

3.2.3 金属膨胀器故障原因

金属膨胀器主要作用是补偿互感器内部绝缘油因温度变化而发生的体积变化。膨胀器顶部排气孔（焊接在膨胀器表面）一般在真空注油结束后将塞子拧紧，密封主要靠排气塞下部的 O 型密封圈。

以某制造厂为例，其设计工艺要求互感器膨胀器设计自然高度为 220 mm，在环境温度为 10℃时，真空注油高度为 214 mm，在环境温度为 15℃时，真空注油高度为 223 mm。根据上述工艺，运行中的互感器，由于热胀冷缩的作用，当绝缘油温度高于 15 ℃时，膨胀器高度大于 220 mm 的自然高度，膨胀器顶部处于微正压状态；当绝缘油温度低于 15 ℃时，膨胀器高度一般低于 220 mm的自然高度，膨胀器顶部会形成负压，此时若膨胀器顶部密封失效，容易引起空气或水分吸入互感器内部，逐步侵入二次线圈屏蔽罩的油纸绝缘。

根据 B 相解体中发现膨胀器顶部存在油迹，可以判定在运行过程中互感器温度超过 15 ℃后处于微正压状态，由于顶部密封失效导致绝缘油溢出；在互感器温度低于 15 ℃情况下，水分或湿气进入互感器导致绝缘性能下降。

结语

总之，电流互感器作为承受运行电压的电网核心部件，其本体绝缘性能在设计制造过程中已经得到充分的考核和裕度保证，但其金属膨胀器、防爆膜等周边零部件的缺陷极易引起互感器密封性能失效，进而造成电流互感器本体绝缘水平的陡降，严重威胁设备运行安全。

参考文献

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