互感器的綜合分析與故障診斷

互感器特性綜合測試儀是一種專門為測試互感器:伏安特性、變比、極性、誤差曲線、角差比差、計算拐點和二次側回路檢查等設計的多功能現場試驗儀器.互感器伏安特性測試儀對互感器的狀態識別依據是使用前幾文章所述的方法對其進行試驗所得到的試驗數據.在得到試驗數據后,首先要進行試驗結果正確性判斷,排除試驗方法原則上的錯誤和環境、人為因素等的影響;然后把試驗結果與規程、標準相比較,與歷史資料相比較,與其它同類產品相比較,綜合利用多個試驗方法的試驗數據進行聯合分析;后根據分析對互感器的狀態進行判斷.

一、互感器故障種類及分析

1、絕緣結構

35kV及以上電壓等級互感器一般為油紙絕緣結構.220kV電壓等級互感器的主絕緣結構為電容型結構,也就是由串聯的電容屏組成的電容芯構成.電容屏由鋁箔或半導體紙制成,電纜紙連續纏繞組成屏間絕緣,電容屏主屏端部附有副屏以改善端部電場,電容芯經真空干燥處理后組裝在瓷套內.

2、故障形成原因

2.1絕緣熱擊穿

高壓電流互感器既承受高電壓,又通過大電流,絕緣介質在高電壓作用下的介質損耗以及電流熱效應使絕緣溫度升高.如果有缺陷,將出現熱損耗增加,絕緣溫度升高,在超過絕緣材料的工作溫度下長期運行,就會造成絕緣熱擊穿.

2.2局部放電損壞

220 kV電流互感器主電容在正常狀態下電壓均勻分布,如果生產制造過程中工藝不合格,就會造成電容極板不光滑,絕緣包繞松緊不均、外緊內松、紙有皺格,電容屏錯位、斷裂,"并腿"時損傷絕緣等缺陷;因下部U型卡子卡得過緊使絕緣變形,還會因端屏鋁箔沒有孔眼而在非真空注油時,電容屏間存積氣泡,從而改變電容屏間的電壓分布,使個別電容屏承受較高的場強,出現嚴重電暈或較強的局部放電,如果沒有被發現或處理不及時,將導致整個電容芯棒絕緣裂解擊穿事故.

2.3受潮

由于端部密封不嚴而進水受潮,引起互感器內部游離放電加劇,內部沿面放電,是電流互感器絕緣劣化的主要原因之一.電流互感器的U型電容芯棒的底部離油箱底部很近,進入互感器內的水沉積于電容芯棒底部,芯棒打彎處絕緣受潮嚴重,是絕緣薄弱的部位,在工作場強的長期作用下,使一對或幾對主電容屏擊穿,甚至導致整個電容芯棒的擊穿,從而造成爆炸事故.

2.4絕緣干燥和脫氣處理不*

220 kV電流互感器若不進行真空注油,致使內部氣體無法排出,或雖然進行了真空注油,但不能保持高真空度,或脫氣處理時間不夠,干燥不*,在運行電壓和溫度的作用下,就會發生熱和(或)電老化擊穿.

2.5人員過失

常見的過失有一次引線接頭松動、注油工藝不良、二次繞組開路、電容末屏接地不良等.由于這些過失常導致局部過熱或放電,使油中溶解氣體色譜分析結果異常.

二、互感器故障診斷方法

1、進行預防性試驗

DL/T 596-1996《電力設備預防性試驗規程》規定了電流互感器的預防性試驗項目有:測量繞組及末屏的絕緣電阻、測量介質損耗因數tanδ及電容量和油中溶解氣體色譜分析等,通過對這些項目的測試結果進行綜合分析,可以發現進水受潮及制造工藝不良等方面的缺陷.

2、局部放電測量

常規絕緣試驗不能檢出電流互感器的局部放電型缺陷,而進行局部放電測量能靈敏地檢出該類型的缺陷.《規程》規定,電流互感器在大修后進行局部放電測量.220 kV油浸式互感器在電壓為1.1Um/√3時,放電量不大于20 pC.

3、在線監測和紅外測溫

高壓電流互感器開展的在線監測項目主要有:測量主絕緣的介質損耗因數tanδ、電容量和電容電流.現場測試表明,它對檢測出絕緣缺陷是非常有效的.

紅外測溫是根據電流互感器的內部結構和運行狀態,依據傳熱學理論,分析金屬導電回路、絕緣油和氣體等引起的傳導、對流,從電流互感器外部顯現的溫度分布熱像圖,判斷內部故障.測試結果表明,它對檢測電流互感器內部接頭松動是有效的.

4、直觀檢查方法

4.1二次回路開路引起的異常"嗡嗡"聲

運行中的某相電流互感器發出較大的"嗡嗡"聲,該回路中電流表無指示,功率表、電能表等無指示或指示偏小.導致這種異常現象的原因就是二次側開路(因二次回路接線端子接觸不良造成的開路,同時伴有火花放電現象.未開路相的電流互感器聲音正常,相關儀表指示正確).

二次回路開路時在其端口處將產生過電壓,嚴重時可引起絕緣擊穿,導致接地或將二次端口燒壞等,過電壓也會對人身造成極大危害.因此有關規程規定,電流互感器二次側嚴禁開路,造成以上故障的主要原因有以下三點:一是二次側接線螺絲松動或壓接不緊;二是二次回路中有斷線;三是檢修人員工作不慎造成的二次回路開路等.

處理的方法是,將設備停電后,檢查二次回路接線,找出開路點并處理.

4.2鐵心緊固螺絲松動引起的異常"嗡嗡"聲

電流互感器發出較大均勻的"嗡嗡"聲,但所接儀表指示正常,這是由于鐵心螺絲松動,鐵心振動幅度增大所引起的,而且聲音的大小隨著負荷變化而變化,負荷愈大聲音則愈大.在此情況下長期運行,電流互感器會嚴重發熱,造成絕緣老化、導致接地、絕緣擊穿等后果.

對此,除應加強監視外,同時應申請停電處理.處理時應全面檢查,找到松動螺絲并將其緊固.

4.3表面污物或灰塵引起的異常聲音

電流互感器表面有污物或灰塵,在陰雨霧天時會引起"噼啪"放電聲,同時可能有電暈出現.如果放電嚴重應加強監視并申請停電處理.

當電流互感器內部有嚴重放電聲,其主要原因是內部絕緣降低,造成一次對二次繞組或鐵心放電.發現這種情況時,應立即停電處理.

三、診斷實例

1、氫氣、總烴含量超標

某電廠220 kV升壓站某出線U相電流互感器(型號:LB9220W)運行中金屬膨脹器動作,經油中溶解氣體色譜分析氫氣、總烴含量超標,次日氫氣、總烴含量數據增長較快,然后將該設備退出運行.

試驗數據表明:甲烷含量比較高,氫氣、總烴嚴重超標,未出現乙炔,微水量明顯增大,分析原因是互感器內部存在局部放電引起絕緣油裂解所致.

從電氣試驗結果看,試驗電壓由10kV到Um/3,介質損耗因數tanδ變化量超過了±0.3%,表明電流互感器內部嚴重受潮.

?經查,該電流互感器為備品,由于端部密封結構不合理,密封墊老化失去彈性,不僅漏油現象嚴重,還造成密封不嚴,致使潮氣侵入,互感器嚴重受潮.投運前,在對該互感器進行干燥和充油過程中,又未做真空處理,這樣不僅干燥效果不好,而且在紙層間、油中都積存有大量氣體,檢修后絕緣得不到根本改變,在投運后產生局部放電,絕緣仍繼續劣化,終發展成放電故障,由于進行了油中溶解氣體色譜的跟蹤分析及處理及時才避免了一次事故的發生.

2、紅外測溫異常

某變電站在進行1號主變壓器220 kV側電流互感器測溫時,發現該設備三相整體溫度有差異,其三相溫度分別為U相27.4℃、V相27.4℃、W相29.2℃(瓷外表面同一位置處),當連續監測到第6天時,三相溫差已達到2.9℃.

設備停電后,分別對三相設備進行了電氣和色譜試驗,從電氣試驗結果看,W相電流互感器內部存在絕緣介質劣化或老化現象,介質損耗增大;從油中溶解氣體色譜分析結果看,甲烷、乙烯含量比較高,氫氣、總烴嚴重超標,且出現了乙炔,分析是W相電流互感器內部裸金屬過熱引起絕緣油裂解所致.

在廠家解剖W相電流互感器時,發現一次繞組引線連接頭處有明顯的電弧灼傷痕跡,分析認為此灼傷痕跡是由于雷擊過電壓侵入互感器內部所致.

四、互感器故障預防措施

1、一次端子引線接頭要接觸良好

電流互感器的一次端子引線接頭部位要保證接觸良好,并有足夠的接觸面積,以防止產生過熱性故障.L2端子與膨脹器外罩應注意作好等電位連接,防止電位懸浮.另外,對二次線引出端子應有防轉動措施,防止外部操作造成內部引線扭斷.

2、測試值異常應查明原因

當投運前和運行中測得的介質損耗因數tanδ值異常時,應綜合分析tanδ與溫度、電壓的關系;當伴隨溫度明顯變化或試驗電壓由10 kV上升到Um/√3,tanδ變化量超過±0.3%時,應退出運行.油中溶解氣體色譜分析結果異常時,要跟蹤分析,考察其增長趨勢,若數據增長較快,應引起重視.檢測表明,色譜法對電流互感器的放電等故障是*可以有效地發現,并將事故消滅在萌芽狀態.