110kV電流互感器金屬膨脹器膨脹事故原因分析

110kV電流互感器金屬膨脹器膨脹事故原因分析摘要：本文主要闡述了一起110kV電流互感器金屬膨脹器膨脹事故的原因分析及處理經(jīng)過。本文從油色譜試驗(yàn)結(jié)果著手分析故障原因，首先利用特征氣體法和三比值法判斷故障性質(zhì)，再結(jié)合電氣試驗(yàn)結(jié)果以及電流互感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)綜合分析，對(duì)故障原因做出科學(xué)合理判斷。最后，針對(duì)此類電流互感器故障，提出相應(yīng)的防范措施。

關(guān)鍵詞：電流互感器；金屬膨脹器膨脹；色譜試驗(yàn)；原因分析

一、設(shè)備概況

110kV某變電站110kV旋北線1378B相電流互感器型號(hào)為L(zhǎng)B-110W，沈陽互感器廠2000年9月生產(chǎn)，于2001年10月安裝、投運(yùn)。

設(shè)備投運(yùn)前電氣、油質(zhì)分析試驗(yàn)結(jié)論合格，設(shè)備滿足投運(yùn)要求；在設(shè)備投運(yùn)后的例行性電氣、油質(zhì)分析試驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)異常情況。油質(zhì)色譜周期試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表1。事故發(fā)生前，設(shè)備油位在合格范圍內(nèi)，運(yùn)行人員巡視也未發(fā)現(xiàn)過熱等異常狀況。

二、設(shè)備故障情況

2011年7月19日，天氣晴，最高氣溫34℃。運(yùn)行人員巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)110kV北新變110kV旋北線1378B相電流互感器油位超過上限，金屬膨脹器膨脹開，并將互感器上端鐵殼頂起，電流互感器周圍無明顯油跡。

在事故發(fā)生的第一時(shí)間，我們采取電流互感器油樣進(jìn)行分析。油樣常規(guī)分析結(jié)果正常，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)項(xiàng)；色譜分析發(fā)現(xiàn)氫氣、總烴嚴(yán)重超過注意值（氫氣含量是注意值的291倍，總烴含量是注意值的25倍），試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2。通過色譜數(shù)據(jù)判斷設(shè)備存在局部放電故障。

接著，高壓試驗(yàn)人員對(duì)事故電流互感器進(jìn)行了電氣試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表3。

若局部放電長(zhǎng)期發(fā)展，不但產(chǎn)生大量故障氣體、大幅增加電流互感器內(nèi)部壓力，還會(huì)使絕緣材料逐漸劣化、失去絕緣性能，最終導(dǎo)致整個(gè)絕緣擊穿，發(fā)生單相接地事故。

三、事故原因分析經(jīng)過

1、變壓器油色譜分析

從歷年色譜分析數(shù)據(jù)來看，該電流互感器自投運(yùn)后到2008年5月油中溶解氣體含量無明顯變化，而2010年4月H2、CO、CO2含量出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，說明此時(shí)互感器內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)涉及固體絕緣的局部放電現(xiàn)象，但由于互感器處于故障初期，H2和CH4含量雖有增長(zhǎng)卻未超過注意值。結(jié)合電氣例行性試驗(yàn)情況，判定該電流互感器可繼續(xù)運(yùn)行。

到2011年7月19日發(fā)現(xiàn)電流互感器金屬膨脹器膨脹開時(shí)，油中溶解氣體中氫氣、總烴嚴(yán)重超標(biāo)，甲烷含量占總烴總量的92%，乙炔含量占總烴總量的0.048%。根據(jù)特征氣體法，判斷電流互感器內(nèi)部存在局部放電故障。再利用三比值法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

三比值編碼為110，對(duì)應(yīng)故障類型為電弧放電。由于設(shè)備存在電弧放電故障時(shí)，其故障特征氣體主要是C2H2和H2，且大多數(shù)情況下C2H2含量高于CH4含量，而該電流互感器故障特征氣體主要成分為H2和CH4，故電弧放電故障不符合實(shí)際情況。依據(jù)溶解氣體分析解釋表：互感器中CH4/H2＜0.2時(shí)為局部放電，所以判斷電流互感器存在局部放電故障。

2、電氣試驗(yàn)分析

對(duì)該電流互感器進(jìn)行電氣試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，其主絕緣介損tgδ達(dá)到0.823%，雖然未超過運(yùn)行中1%的要求，但是由于介損值明顯增加（是最近例行性試驗(yàn)介損tgδ0.209%的近四倍），說明電流互感器絕緣已經(jīng)受到不可逆轉(zhuǎn)的損壞。

3、電流互感器局部放電原因

造成電流互感器局部放電因素較多，具體表現(xiàn)在：

1）結(jié)構(gòu)方面：由于電流互感器在設(shè)計(jì)制造中絕緣結(jié)構(gòu)不合理，從而造成絕緣內(nèi)部電場(chǎng)分布不均勻，這些部位的電場(chǎng)強(qiáng)度低于絕緣介質(zhì)的起始放電電壓水平，則這些部位就容易發(fā)生局部放電。

2）材料方面：銅、鋁導(dǎo)線表面不光滑、有毛刺，這些毛刺不僅會(huì)造成局部放電，而且還會(huì)損壞匝間絕緣，造成匝間絕緣短路；絕緣紙板、絕緣紙等絕緣材料表面不光滑，內(nèi)部有雜質(zhì)，嚴(yán)重的含有金屬粉塵等都容易引起局部放電；互感器油中含有水、纖維等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可引起油中電場(chǎng)畸形，使局部場(chǎng)強(qiáng)升高，從而引起局部放電。

3）加工制造工藝方面：金屬部位，如油箱、夾件等加工制造過程中存在尖角、毛刺，磁屏接地不良，或存在某些其他局部缺陷等；絕緣件，如紙板筒、油隔板、圍屏、角環(huán)、墊塊、撐條等在加工制造過程中粘有鐵屑、銅屑和其他雜質(zhì)，或存在尖角、毛刺等；在器身裝配和總裝配過程中，由于圍檔不好、檢查不細(xì)，造成器身上和油箱內(nèi)存在一些焊粒或其他金屬異物等；由于工藝不完善造成角環(huán)、靜電板的彎曲處，引線和繞組接頭處的油紙絕緣中以及繞組端部絕緣中等存在一些油隙；由于工作環(huán)境，如車間降塵量、清潔度等達(dá)不到要求，而使產(chǎn)品清潔度較差，或混進(jìn)一些雜質(zhì)、異物等；由于真空處理不徹底，注油工藝不良等造成油中小氣泡，氣泡間很容易發(fā)生局部放電。

4、電流互感器解體檢查

我們對(duì)110kV旋北線1378B相電流互感器進(jìn)行了解體檢查。檢查中未發(fā)現(xiàn)—次引線緊固螺母、抽頭緊固螺母以及末屏接地螺母松動(dòng)等導(dǎo)致過熱的因素和設(shè)備進(jìn)水受潮跡象。進(jìn)一步解體檢查發(fā)現(xiàn)：在P2端子下方12cm處的最外層絕緣紙上有明顯X蠟沉積痕跡，見圖1；當(dāng)剝開絕緣紙，在相同位置緊鄰銅排的絕緣紙已經(jīng)碳化變黑，見圖2。解體檢查結(jié)果說明電流互感器內(nèi)部存在長(zhǎng)時(shí)間的局部放電故障。

圖1

絕緣紙上沉積的X蠟

圖2

銅排周圍碳化的絕緣紙

5、綜合分析判斷

經(jīng)分析，設(shè)備制造質(zhì)量不良是造成110kV北新變110kV旋北線1378B相電流互感器內(nèi)部局部放電的主要原因：由于電流互感器絕緣很厚，有的絕緣包繞松散、絕緣層間有皺折，加之真空處理不良，浸漬不完全造成充氣空腔，從而引起電流互感器局部放電故障。而局部放電的直接導(dǎo)致絕緣油裂解，產(chǎn)生、積累大量故障氣體，故障氣體首先溶于絕緣油中，當(dāng)油中溶解氣體飽和后便以氣泡形式釋放到金屬膨脹器，游離氣體不斷累積最終導(dǎo)致金屬膨脹器膨脹開，并將互感器頂部鐵蓋頂起。同時(shí)，局部放電裂解絕緣油產(chǎn)生的碳?xì)渚酆衔锛碭蠟逐漸沉積在絕緣表面，導(dǎo)致電氣試驗(yàn)時(shí)介損值顯著增大。

四、處理措施

因110kV北新變110kV旋北線1378B相電流互感器故障發(fā)生在迎峰度夏期間，為保證正常電力供應(yīng)，減少停電給生產(chǎn)生活帶來的不便和損失，檢修人員對(duì)故障電流互感器進(jìn)行了更換，盡快恢復(fù)了110kV旋北線送電。

五、防范措施

1、高壓試驗(yàn)人員和油務(wù)工作人員要認(rèn)真履行崗位職責(zé)，嚴(yán)格按照試驗(yàn)周期進(jìn)行預(yù)試檢查，試驗(yàn)做到全面細(xì)致，不漏項(xiàng)。同時(shí)高度重視試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化較大的設(shè)備，制定合理跟蹤檢測(cè)計(jì)劃，及時(shí)掌握設(shè)備故障隱患發(fā)展情況和嚴(yán)重程度。

2、已經(jīng)發(fā)生金屬膨脹器膨脹開的電流互感器，要全面普查同廠家生產(chǎn)的同型號(hào)、特別是同批次電流互感器的運(yùn)行狀況，對(duì)存在安全隱患和異常的設(shè)備采取適當(dāng)