油浸式電流互感器事故分析

油浸式電流互感器事故分析

1問(wèn)題分析與提出近年來(lái)，傳統(tǒng)的油水浸泡式能源控制器存在一些問(wèn)題。在制造過(guò)程中，材料和絕緣油的消耗非常高，成本也非常高。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增大,該類型互感器滿足系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求也有一定困難。因此,倒置式電流互感器進(jìn)入電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)量越來(lái)越多。油浸倒置式電流互感器有一定的優(yōu)越性,如:絕緣油量和材料量消耗較小,成本較低;一次導(dǎo)體短,動(dòng)熱穩(wěn)定性較好;頭部采用焊接結(jié)構(gòu),減少了密封面;二次繞組置于鐵心罩殼內(nèi),一次繞組從中穿過(guò),其漏抗較小;主絕緣包在二次繞組上,一次繞組通過(guò)大電流時(shí),有利散熱;通過(guò)改變一次繞組連接可得到三種電流比等。但對(duì)該類互感器的制造工藝要求較高,手工包扎絕緣的分散性較大,材料的選用也更嚴(yán)格,運(yùn)行中油位的控制更需謹(jǐn)慎、嚴(yán)格,對(duì)運(yùn)輸穩(wěn)定性要求更高等。本文中筆者對(duì)電流互感器運(yùn)行狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,其中也列舉了一些倒置式電流互感器的故障情況,并提出了一些建議。目的在于提高制造質(zhì)量,通過(guò)科學(xué)、有效的管理,減少倒置式電流互感器事故的發(fā)生。2復(fù)合電流器市場(chǎng)健康兩網(wǎng)融合發(fā)生的事故工況截止到2007年末,國(guó)網(wǎng)公司系統(tǒng)擁有66kV及以上電流互感器209125臺(tái),其中油浸式電流互感器約占3/4,GIS型電流互感器占13.45%,其余為氣體和干式電流互感器。電流互感器擁有量如表1所示。在油浸式電流互感器中,500kV和220kV互感器倒置式所占比重較大,氣體互感器則全部為倒置式結(jié)構(gòu)。國(guó)網(wǎng)公司2000年至2007年對(duì)系統(tǒng)內(nèi)互感器事故的統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。由表2可知,2000年至2008年共發(fā)生電流互感器事故53臺(tái)次,其中500kV互感器為23臺(tái)次,占總臺(tái)次的43.4%;220kV互感器為21臺(tái)次,占總臺(tái)次的39.6%;110kV互感器為9臺(tái)次,占總臺(tái)次的17%?？梢?jiàn)500kV電流互感器的事故率是最高的,220kV次之。500kV電流互感器的事故近3/4發(fā)生在氣體互感器上。油浸式電流互感器事故26臺(tái)次,其中絕大多數(shù)事故發(fā)生在正立式互感器上。氣體絕緣互感器事故為26臺(tái)次,其中500kV為17臺(tái)次,占總事故次數(shù)的65.4%,220kV為7臺(tái)次,占總事故次數(shù)的26.9%,110kV為2臺(tái)次。在所發(fā)生的事故中,互感器瓷套或儲(chǔ)油柜發(fā)生爆炸或著火的約占56%,說(shuō)明事故造成的危害是巨大的,后果也很嚴(yán)重。3獨(dú)立電流傳感器事故的示例和分析3.1電容屏開(kāi)裂事故【實(shí)例1】2006年11月21日,220kV某變電站四源線B相電流互感器(型號(hào)為L(zhǎng)VB-220W2),在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行絕緣油更換后投入運(yùn)行。運(yùn)行3天后,發(fā)生互感器主絕緣高壓屏與地屏間絕緣擊穿,油大量、迅速分解,內(nèi)部壓力增加,膨脹器爆炸起火。分析原因?yàn)?現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行絕緣油更換時(shí),未能滿足換油的工藝要求,加之制造本身可能存在的缺陷,引發(fā)了事故的發(fā)生?！緦?shí)例2】2007年6月28日,110kV某變電站725線路B相電流互感器(型號(hào)為L(zhǎng)VB-110,2007年5月生產(chǎn),6月投入運(yùn)行),在送電過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有明顯放電聲,色譜分析表明有高能放電特征氣體。分析為等電位連接片接觸不良。【實(shí)例3】2008年遼寧省某220kV變電站66kV倒立式電流互感器(型號(hào)為L(zhǎng)VB-66W)H2含量偏高,其中曾經(jīng)運(yùn)行過(guò)的互感器中,有7臺(tái)H2大于10000μL/L。局放試驗(yàn)加壓到30kV時(shí),放電量就全部大于10000pC。對(duì)其中2臺(tái)進(jìn)行了抽真空脫氣處理,H2含量由原來(lái)的24619μL/L和2798μL/L,降低到1890μL/L和735μL/L,局部放電量試驗(yàn)加壓至72.5kV時(shí)為5000pC~8000pC。說(shuō)明這批互感器局部放電量與內(nèi)部產(chǎn)生的氣體有關(guān)。經(jīng)返廠檢查:部分互感器的支柱電容屏有開(kāi)裂現(xiàn)象,開(kāi)裂的電容屏在運(yùn)行中發(fā)生局部放電,導(dǎo)致H2的不斷增長(zhǎng)。電容屏開(kāi)裂情況如圖1所示。電容屏開(kāi)裂是由于該變電站為新建變電站,站外約700m的道路嚴(yán)重凹凸不平,倒立式互感器直立運(yùn)輸、重心高,經(jīng)過(guò)這段道路時(shí),發(fā)生嚴(yán)重?fù)u擺和顛簸,造成部分互感器立柱部分電容屏在中部發(fā)生局部裂紋?！緦?shí)例4】2008年9月22日,遼寧某220kV變電站秋檢時(shí),發(fā)現(xiàn)其中的B相互感器C2H2達(dá)到153μL/L(注意值為1μL/L),為防止互感器發(fā)生事故,由廠家提供了一臺(tái)相同型號(hào)的產(chǎn)品,于9月23日將B相電流互感器進(jìn)行了更換。在工廠對(duì)該互感器進(jìn)行了解體檢查分析:發(fā)現(xiàn)部分主絕緣電容屏沒(méi)有發(fā)生擊穿、放電現(xiàn)象。在解體二次引線管絕緣時(shí),發(fā)現(xiàn)由外向內(nèi)第一個(gè)電容屏在距離底部1600mm處鋁箔有裂紋,但沒(méi)有完全斷開(kāi)(見(jiàn)圖2);第二層電容屏,在相同位置電容屏整個(gè)圓周完全斷裂約10mm,且在電容屏斷裂處有放電痕跡(見(jiàn)圖3)。在相同位置,第三層、第四層及第五層均有同樣斷裂和放電痕跡(見(jiàn)圖4)。事故是由于引線管、電容屏和絕緣紙的膨脹系數(shù)不同,在干燥過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力,造成電容屏開(kāi)裂;在工廠內(nèi)或運(yùn)輸中,吊裝和運(yùn)輸中的急停和加速,使電容屏受到軸向沖擊力的作用,導(dǎo)致電容屏和絕緣層產(chǎn)生斷裂?！緦?shí)例5】2008年9月27日6時(shí)43分,遼寧某220kV變電站1號(hào)主變B相220kV電流互感器(型號(hào)為L(zhǎng)VB-220W2,2007年11月29日投運(yùn),2007年4月出廠)正常運(yùn)行中發(fā)生故障,互感器噴油著火(見(jiàn)圖5)。由為其供電的某變電站將線路跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)互感器的膨脹器完全漲開(kāi),互感器上蓋落至距互感器10m遠(yuǎn),儲(chǔ)油柜沿焊口開(kāi)裂,互感器上部繞組絕緣被嚴(yán)重?zé)齻?。在工廠進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn):一次導(dǎo)管已經(jīng)彎曲變形約有12mm。在靠近P1側(cè)的導(dǎo)管上有6處直徑約8mm的電弧燒傷麻點(diǎn)(見(jiàn)圖6),一次導(dǎo)電桿絕緣護(hù)套完全燒黑碳化(見(jiàn)圖7)。二次繞組外部主絕緣層大部分嚴(yán)重?zé)龘p(見(jiàn)圖8)。絕緣紙全部剝開(kāi)后,發(fā)現(xiàn)二次繞組屏蔽罩內(nèi)環(huán)外表面有明顯的放電痕跡(見(jiàn)圖9)。原因分析:根據(jù)該臺(tái)互感器在工廠內(nèi)絕緣處理及注油、靜放過(guò)程,工藝時(shí)間嚴(yán)重不足,互感器存在絕緣干燥不徹底、靜放時(shí)間不足等問(wèn)題,該互感器在投運(yùn)80多個(gè)小時(shí)過(guò)程中,由氣泡等造成場(chǎng)強(qiáng)畸變,在絕緣薄弱處的局部放電逐步發(fā)展,過(guò)熱產(chǎn)生油分解氣體,使膨脹器逐步漲開(kāi),最終導(dǎo)致一次導(dǎo)桿對(duì)二次繞組屏蔽罩的主絕緣擊穿事故。由于事故發(fā)生在互感器的一次端子P1側(cè)對(duì)二次繞組屏蔽罩放電,故障電流未通過(guò)該互感器的P2端子,故本側(cè)保護(hù)不動(dòng)作?！緦?shí)例6】2008年11月30日,某500kV變電站運(yùn)行人員巡視檢查發(fā)現(xiàn):1號(hào)主變壓器220kVB相電流互感器(型號(hào)為IOSK245G2)金屬膨脹器發(fā)生嚴(yán)重變形,頭部金屬罩頂起,經(jīng)請(qǐng)示立即退出運(yùn)行。互感器返廠后,取油進(jìn)行色譜分析:H2為33254μL/L;C2H2為5.6μL/L;總烴為2037.7μL/L;油介損為0.79%;含水量為6.2μL/L。據(jù)此分析認(rèn)為:互感器內(nèi)部存在過(guò)熱及放電性故障。解體檢查:切開(kāi)頭部?jī)?chǔ)油柜,器身表面未發(fā)現(xiàn)明顯放電痕跡,但絕緣存在多處明顯可見(jiàn)皺褶,其深度約占絕緣總厚度的1/3。據(jù)了解,該互感器在真空干燥處理中,曾發(fā)生停電17h的情況,互感器的真空系統(tǒng)存在泄漏點(diǎn),即互感器不能維持負(fù)壓,大量潮濕空氣使器身絕緣表面受潮,再次干燥時(shí),絕緣部分形成皺褶。故障原因分析:互感器中存在大量皺褶,改變了均勻的場(chǎng)強(qiáng)分布,在運(yùn)行電壓下,局部高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)產(chǎn)生油間隙局部放電并產(chǎn)生過(guò)熱使絕緣油分解,互感器內(nèi)部壓力增大,造成金屬膨脹器漲開(kāi)。【實(shí)例7】2008年12月21日14時(shí)08分,遼寧省500kV變電站后臺(tái)機(jī)報(bào)警,金石乙線、金華乙線、220kVⅢ、Ⅳ母聯(lián)、220kVⅡ、Ⅳ分段開(kāi)關(guān)跳閘,表計(jì)指示為零,220kVⅣ母線失壓。后臺(tái)機(jī)顯示:金石乙線兩磁縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作、220kVⅢ、Ⅳ母線2號(hào)母差保護(hù)動(dòng)作。值班員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn):220kV金石乙線電流互感器A相(IOSK245型)瓷套炸裂,冒煙著火,爆炸情況見(jiàn)圖10。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查和出廠、交接相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,本次故障是二次屏蔽罩和一次之間的主絕緣擊穿?；ジ衅髦鹘^緣擊穿損壞情況見(jiàn)圖11。交接試驗(yàn)介損較出廠試驗(yàn)值有明顯的增加,本次故障是制造工藝控制不良引起的?？赡苁侵鹘^緣真空干燥、浸油不充分或互感器密封不嚴(yán),造成器身受潮所致。【實(shí)例8】2008年12月21日21時(shí)32分和22時(shí)55分,某電廠2號(hào)電流互感器在正常運(yùn)行中,相繼發(fā)生主絕緣擊穿、瓷套和儲(chǔ)油柜爆炸事故,造成2臺(tái)667MVA發(fā)電機(jī)組停運(yùn),周邊設(shè)備受波及,另有5臺(tái)電流互感器不同程度的受損。互感器爆炸著火情況見(jiàn)圖12。在生產(chǎn)廠家對(duì)4臺(tái)互感器進(jìn)行局部放電、耐壓、介質(zhì)損失等項(xiàng)試驗(yàn)和油色譜分析,結(jié)果正常。經(jīng)對(duì)互感器進(jìn)行解剖檢查發(fā)現(xiàn):頂部手包絕緣工藝不良,電容屏兩側(cè)有皺褶、頭部與二次引線管三角接合部絕緣包扎存在缺陷,有的電容屏有放電、接近擊穿,在解體的3臺(tái)互感器中,有2臺(tái)發(fā)現(xiàn)明顯絕緣缺陷。主絕緣放電情況見(jiàn)圖13。經(jīng)初步分析,故障原因可能為如下幾個(gè)方面:運(yùn)行中產(chǎn)生局部放電,逐步發(fā)展、積累,最終導(dǎo)致主絕緣擊穿。在瓷套碎片中發(fā)現(xiàn)顏色明顯不一致,說(shuō)明瓷套存在燒制不均勻現(xiàn)象,環(huán)境溫度突變,導(dǎo)致瓷套裂紋漏油,主絕緣降低擊穿?；ジ衅髋渲玫呐蛎浧饔土坎蛔阋匝a(bǔ)充由于溫度變化所需油量,在溫度驟降時(shí),絕緣油收縮、油位偏低,器身出現(xiàn)負(fù)壓,密封面破壞,潮濕空氣侵入,造成主絕緣擊穿。因此,促成事故的原因可能是上述多方面綜合產(chǎn)生的結(jié)果。3.2事故原理分析上述列舉的事故中,主絕緣擊穿,造成互感器爆炸、著火的占4起,其后果相當(dāng)嚴(yán)重,有的還嚴(yán)重波及了周邊設(shè)備,造成的損失巨大。有2起事故是通過(guò)對(duì)絕緣油進(jìn)行色譜分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題,其中1臺(tái)互感器已經(jīng)發(fā)生了部分電容屏擊穿,乙炔大量增長(zhǎng),由于發(fā)現(xiàn)及時(shí),避免了爆炸事故發(fā)生。在所有事故實(shí)例中,懷疑干燥不徹底、潮氣侵入、注油工藝不佳的占絕大多數(shù),對(duì)倒置式電流互感器絕緣處理和油的處理更為重要。對(duì)絕緣油進(jìn)行色譜分析是捕捉故障先兆的重要手段,應(yīng)創(chuàng)造條件利用。4提高安全運(yùn)行性能的建議從上述已發(fā)生的互感器事故中,需要認(rèn)真吸取教訓(xùn),從設(shè)計(jì)制造、運(yùn)輸、交接驗(yàn)收和運(yùn)行維護(hù)等多方面,采取有效措施,減少事故的發(fā)生。4.1完善油質(zhì)監(jiān)督和運(yùn)輸保障標(biāo)準(zhǔn)(1)依據(jù)工廠生產(chǎn)工藝,合理提高設(shè)計(jì)裕度,留足工藝誤差。提高對(duì)此類互感器工藝要求,努力改進(jìn)結(jié)構(gòu)、工藝,進(jìn)一步提高機(jī)包率,提高手工包繞水平。要嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)工藝要求,保證工藝時(shí)間,尤其是浸油、干燥和試驗(yàn)工藝等,從源頭上提高產(chǎn)品制造質(zhì)量。(2)對(duì)少油設(shè)備也應(yīng)充分利用有效的色譜分析監(jiān)督手段,出廠時(shí)留有一定的取油樣油量,明確允許取油次數(shù)及每次取油量等。改進(jìn)油樣閥門(mén),實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中取油樣和帶電補(bǔ)充油。改進(jìn)油標(biāo),對(duì)缺油進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視,如研究設(shè)置最低油位報(bào)警的可能性等。(3)完善出廠說(shuō)明書(shū),對(duì)運(yùn)輸、搬運(yùn),油的試驗(yàn),取油次數(shù)、數(shù)量,取、注油方法、要求等應(yīng)明確規(guī)定;明確補(bǔ)油等操作應(yīng)在廠家人員指導(dǎo)下進(jìn)行等。(4)加強(qiáng)運(yùn)輸穩(wěn)定性設(shè)計(jì),防止運(yùn)輸中異常情況發(fā)生,創(chuàng)造條件進(jìn)行互感器抗震性能試驗(yàn)。(5)重視膨脹器容量的設(shè)計(jì),并進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,改進(jìn)油位標(biāo)志,確保溫度變化時(shí)有充足油量補(bǔ)充。建議油位標(biāo)志線僅設(shè)置最高和最低油位線,且最低油位線應(yīng)在視窗內(nèi)最低位,防止誤判斷。(6)由于膨脹器制造時(shí)波紋管及底座和防護(hù)外罩為成套供應(yīng),其油位指示應(yīng)與其適應(yīng),如在互感器廠安裝錯(cuò)誤,可能導(dǎo)致油位指示不正確,所以,必需保證其配套的準(zhǔn)確性,以防止對(duì)油位的誤判斷。4.2過(guò)大造成的放油速度過(guò)(1)采用與工廠試驗(yàn)等效的方法進(jìn)行交接對(duì)比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)有較大差異時(shí),嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析判斷,要特別注意電容量的變化,沒(méi)有規(guī)定的,可按超差不大于30%提起注意。(2)要科學(xué)選用互感器,合理確定互感器參數(shù),如220kV互感器繞組以不超過(guò)5個(gè)為宜,每個(gè)繞組的容量不可過(guò)大,一般不超過(guò)30VA,0.2S級(jí)只在關(guān)口計(jì)量回路中采用等。(3)加強(qiáng)對(duì)充油設(shè)備的監(jiān)督,充分利用油色譜分析等有效監(jiān)督手段,對(duì)倒置式電流互感器在投運(yùn)后半年至一年內(nèi)應(yīng)進(jìn)行一