一起220kV油浸式电流互感器故障分析及防范措 贵州电网有限责任公司 贵州 铜仁 5543000 前言本文针对220kVXX线A相油浸式电流互感器运行期间发生的波纹膨胀器动作故障，从高压电气试验、绝缘油溶解气体、解体划芯检查等方面综合分析，认为该电流互感器内部的铝箔及绝缘纸皱褶形成空腔，导致电容屏周围出现不均匀高压电场，发生局部放电，绝缘油分解出大量故障气体，是造成电流互感器故障的主要原因，由此提出一些防范措施，为修试运维人员分析和处理油浸式电流互感器缺陷提供参考1 油浸式电流互感器（正立）图1 油浸式电流互感器内部结构 油浸正立式电流互感器的主要部件包括瓷套、器身、油箱、端子盒、一二次绕组、波纹膨胀器等如图1，一次绕组为U形结构，采用油纸电容型绝缘,220kV油浸式电流互感器一般有10个主屏，主屏端部之间具有较短的端屏，起改善电场分布的作用最内层的电容屏与一次绕组直接相连，称为零屏，最外面的电容屏通过镀锡铜带引出接地，称为末屏（又称地屏）如图2所示，一次绕组设成两段，目的是方便在电流互感器瓷套上部直接进行串并联，改变互感器变比。
如图3，多个二次绕组绕在互感器底部的铁芯上，引到端子盒，输出电流信号，进一步实现测控保护功能2 故障概况220kVXX线电流互感器由湖南醴陵火炬电瓷电器有限公司生产，型号LB9-220GYW，2003年05月出厂，2003年07月投运，出厂以及交接试验均合格2020年05月29日，运行人员在日常巡视过程中发现220kVXX线A相电流互感器波纹膨胀器外壳被顶开，经停电试验，其tanδ%超标，并且H2、CH4、C2H6、CHx等气体含量明显增大，实测数据详见表1、表2 表1 电容量及介质损耗试验tanδ(%)C实测(pF)C初始值(pF)△C %绝缘（MΩ）A相0.966728.6730.4-0.2512000B相0.242711.8711.9-0.0117000C相0.245730.3731.1-0.11130002019年A相0.241728.9730.4-0.2113000出厂A相0.241730.2730.4-0.0315000表2 油中溶解气体色谱试验 μL/L相别H2 CH4C2H4C2H6C2H2C0C02CHx三比值A15347560022501322680785010B 220.70.20.10.21211.2C 190.80.30.10.2371761.4绝缘油击穿电压(kV）：72.5 / 75.9 / 74.2 油中水分（mg/L）：14.6 / 15.3 / 13.6从表1中可以看出A相电流互感器的介质损耗已大于规程要求值0.8%，表2气相色谱结果显示，A相电流互感器绝缘油中H2 、C02、CHx等溶解气体严重超标，根据三比值法编码规则和故障类型判断方法，A相电流互感器的编码为010，属于低能量密度的局部放电。
为进一步分析故障，查明产气原因，对该电流互感器进行了吊芯解体检查3 设备解体图4 铝箔及绝缘纸皱褶 将A相电流互感器解体，发现一次端子、软接线连接良好，末屏接地未见异常，产品二次接线接触良好，基本上排除产品由于接触不良而产生局部放电的可能划芯检查，电容型绝缘全部包绕在Ｕ形的一次绕组上，缠绕紧密， 电容屏尺寸正确，未发现明显闪络痕迹，也未发现有明显X-蜡存在，但在一次绕组P2端缩腰至末屏之间约长400mm处的电容屏弯部发现有气泡及起皱，此处绝缘纸之间有绝缘油粘度增加现象，这是X-蜡产生的前奏，如图4所示 4 原因分析图5 皱褶空间位置从 试验数据以及解体结果可知，该油浸式电流互感器故障的主要原因是铝箔及绝缘纸存在皱褶而引起持续性低能量局部放电如图5，铝箔或电容屏绝缘纸有褶皱，注油后就会形成油隙空间，依据高压电场理论，在复合绝缘材料中，电场的分布与介电常数成反比，由于绝缘油的介电常数（2左右）小于油纸绝缘（4左右），所以绝缘油的电场分布较强，另外绝缘油的击穿场强比油纸绝缘材料低得多，当外加电压升高到一定值时，在交流电压作用下的油隙空间就会成为绝缘薄弱环节，发生局部放电铝箔及绝缘纸每出现一个皱褶，就会多出一个夹层空间，进而发生持续性局部放电，局部放电会使绝缘油逐渐分解，再加上绝缘油原本就可能存在一些杂质，导致在绝缘纸层上聚合生成了一种黏状物（如图6），此黏状物就是X-蜡产生的前奏，也是造成tanδ＞0.8%的主要原因。
图6 聚合黏状物油隙被击穿后，绝缘油产生气体，并向周围扩散，但是由于电容屏绝缘纸包扎非常紧密，空间相对封闭，加之聚合黏状物会进一步阻止气体交换，这就造成气体超出绝缘油的溶解能力而形成一些气泡随着局部放电的持续发展，故障区域逐步发展为大范围的低能量密度气泡放电，引起绝缘油裂解产生大量气体并析出，造成H2、CH4、C2H6、C02、CHx严重超标，最终导致波纹膨胀器被顶开由于电流互感器的绕制工艺存在一定分散性，工艺不良导致包裹一次绕组的铝箔及绝缘纸层出现皱褶，皱褶的出现，像平地里凸起一个峰，投运后在交流电场作用下发生放电故障初期，局部放电区域小，产生的气体少，低电压介质损耗试验反应不明显故障晚期，局部放电快速发展，产气速率剧增，顶开金属波纹膨胀器，倘若没有巡视人员及时发现，该电流互感器将会因内部压力过高而发生爆炸，引发复合型设备/人身事故事件5 防范措施本文对一起由铝箔及绝缘纸皱褶所导致的220kV油浸式电流互感器内部故障进行了分析故障表现为绝缘油中溶解气体严重超标，CHx786μL/L、H215347μL/L、三比值编码为010，判断认为该设备内部存在低能量密度放电故障结合解体划芯情况分析，铝箔及绝缘纸的皱褶会形成空腔，使得电容屏周围出现不均匀高压电场，发生局部放电，引起产品介损增加，介损增加后又导致局部过热及局部放电进一步扩大，最终造成产品产气速率剧增，出现膨胀器动作故障。
为了修试运维人员分析和处理油浸式电流互感器缺陷提供参考，特提出以下防范措施：a、该设备故障原因系铝箔及绝缘纸绝缘处理工艺不良导致，建议对同厂家、同批出厂的220kV油浸式电流互感器，在公司范围内有序进行绝缘油色谱试验，进行初步诊断对于诊断结果为异常或可疑的设备应缩短试验周期，跟踪分析，若数据增长趋势较快，应尽快停电检查，并采用介质损耗、局部放电、交流耐压、油色谱、油击穿、油中水分等全方位试验手段，从不同角度对设备缺陷的性质和位置做出进一步的判断，一旦发现问题，应立即退出运行，将问题消灭在萌芽状态b、对未出厂的220kV油浸式电流互感器，生产厂家应严格把控设备的生产工艺流程，特别是绝缘包扎工序的质量控制，防止因产品质量缺陷影响电网的安全稳定运行 c、对已投入运行的220kV油浸式电流互感器，设备运维单位宜根据实际情况积极开展带电测试tanδ及电容量工作，加强红外测温巡视工作，当带电测试异常、互感器温度明显增大、油位指示异常时，应立即进行油色谱检测，确保及时发现设备隐患d、绝缘油色谱试验是反映充油类电气设备故障最为有效和灵敏的检测手段，具有很强的预警性Q/CSG1206007-2017《电力设备检修试验规程》规定在必要时或A修后测量油浸式电流互感器的油色谱，但建议对于运行超过十年的220kV油浸式电流互感器，设备运维单位宜每三年开展一次油中溶解气体色谱试验，防止互感器故障发展成事故。
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