220KV电流互感器内部故障的原因分析及处理措施

　　摘要：针对新乡供电段两年内干式电流互感器内部故障频发的问题，阐述了电流互感器常见故障的原因，详细介绍了一起220kV干式电流互感器爆炸故障分析过程，提出了相应的处理措施。实践证明，有效地避免了同类事故的发生，保证了系统的安全稳定运行。

　　关键词：电流互感器；内部故障；绝缘；雷击；在线监测

　　在牵引供电系统中，电流互感器是重要的测量、保护设备，虽然目前制造、安装工艺十分成熟，发生故障几率较少，但是如果忽视对细节的处理，将会带来极大的安全隐患，我单位管内两年内出现了两起220KV电流互感器爆炸故障。因此，为了避免运行中电流互感器发生故障、爆炸，以致出现危害牵引供电系统安全运行的现象，本文阐述了电流互感器常见故障的原因，并详细介绍了一起220kV干式电流互感器爆炸故障分析过程，及时采取相应的处理措施，有效地避免了同类事故的发生，保证了系统的安全稳定运行。

　　1 电流互感器常见故障的原因分析

　　电流互感器的常见故障往往与制造缺陷、安装接线有关。主要故障类型有局部放电性故障、过热性故障、受潮故障等［1］。

　　1.1 放电性故障

　　（1）设备在制造过程中，二次绕组绝缘层中有杂质。在运行过程中，在电场作用下局部放电，发展成电弧放电导致电流互感器烧损。

　　（2）电流互感器的绝缘很厚，有的绝缘包绕松散，绝缘层间有皱折，加之真空处理不良，浸渍不完全而造成含气空腔，从而引起局部放电性故障。

　　（3）电容屏尺寸与排列不符合设计要求，甚至少放电容屏，电容极板不光滑平整、错位或断裂，使其均压破坏。当局部固体绝缘沿面的电场强度达到一定数值时，也会造成局部放电［2］。

　　（4）某些连接松动或金属件电位悬浮将导致火花放电，例如一次绕组支持螺母松动，末屏引线接触或焊接不良甚至断线，均会引起此类故障。

　　（5）制造工艺不良。电流互感器制造工艺存在一次引线接头松动、二次绕组开路、电容末屏接地不良等问题，就会导致局部过热或放电［3］。

　　（6）绝缘材料不清洁或含湿高，可能在其表面产生沿面放电。这种情况多见于一次端子引线沿垫块表面放电。

　　1.2 受潮故障

　　由于互感器端部密封不严而进水受潮，引起互感器内部游离放电加剧，内部沿面放电，是电流互感器绝缘劣化的主要原因之一［3］。互感器进水受潮，与制造厂的密封结构和密封材料有关，同时存在维护管理中的问题。

　　2 电流互感器故障实例分析及处理

　　2013年07月19日16时04分01秒537毫秒，石武高铁鹤壁东变电所1B1，1B2后备保护装置高压侧失压保护动作，16时04分23秒835毫秒，自投成功，由Ⅱ回进线供2B1、2B2运行，恢复正常供电。造成京广高铁鹤壁东至安阳东间上行接触网无电，G570次列车停电3分钟。现场观察电流互感器（LRGBJ-220）1LH·C相二次接线盒盒盖变形，盒壁外侧有大量黑色烟灰，打开二次接线盒检查，盒内全部被烟熏黑。

　　2.1设备检查情况

　　（1）设备外观检查情况

　　现场观察电流互感器1LH·C相二次接线盒盒盖变形，盒壁外侧有大量黑色烟灰，打开二次接线盒检查，盒内全部被烟熏黑。

　　（2）二次回路检查情况

　　摇测二次绕组对地绝缘为6兆欧，二次绕组间绝缘同时为10兆欧，一次绕组对二次及地绝缘电阻均大于2500兆欧，末屏对地绝缘电阻大于1000兆欧。同时摇测电流互感器1LHC相本体至端子箱电流回路所有二次电缆，绝缘电阻均为30兆欧，说明电流互感器二次回路绝缘良好。

　　（3）地方供电公司设备跳闸情况

　　据鹤壁供电公司反映，向鹤壁东牵引变电所供电的220KV晨光站内Ⅰ晨煕线路两套保护装置及故障录波均反映距离Ⅰ段保护动作，故障相为B相，故障测距7.908KM。

　　（4）故障录波情况

　　通过调阅鹤壁东牵引变电所综合自动化保护装置的故障录波，发现220KV进线失压时间提前于备自投动作时间。

　　2.3 对电流互感器解体分析

　　（1）底座以上部分，外观良好，没有任何放电发黑或者变形的地方，底座上的二次接线盒内被熏黑。

　　（2）打开互感器头部的一次接线装置，剖开一次绕组的外绝缘伞，吊起底座上的不锈钢外罩，发现底座内部大部分被熏黑，P1和P2两条腿上与底座固定的两个二次绕组屏蔽铝盒外表面也被熏黑，但其固定仍然很可靠。

　　（3）吊出二次绕组屏蔽铝盒，打开一次绕组的固定装置，吊出一次绕组平放在地面；一次绕组外绝缘完好，没有任何放电被击穿的痕迹，只是U形环部局部分被熏黑。

　　（4）打开二次绕组屏蔽铝盒，发现两个二次屏蔽盒内的四个绕组表面绝缘全部被烧黑，四个绕组的铜线和绝缘都被不同程度的灼伤过，判断四个二次绕组应该流过很大的电流，但又不曾着火燃烧。

　　2.4 原因分析

　　（1）根据解体的现象看，首先能确定这台互感器的一次绕组没有被击穿，出现故障的位置在二次绕组，与现场的试验情况和判断一致。

　　（2）解剖发现两个屏蔽铝盒内的四个绕组的铜线和绝缘都不同程度的被灼伤过，可以断定整个绕组曾经流过很大的电流。

　　（3）如果是匝间短路造成流互二次绕组绝缘击穿，短路匝的电流大，它应该是局部短路匝的烧损，最多引起旁边部分绝缘烧毁，而不是整个绕组的烧损，而且如果这个屏蔽铝盒内的二次绕组有短路匝，它也影响不到另外一个二次屏蔽铝盒内的绕组。

　　（4）如果是匝间短路造成的二次故障，二次绕组每短路一匝，其二次电流都会生发变化，值班人员应该早就发现问题，同时匝间短路往往很容易造成二次开路（即二次绕组没有电流），从四个绕组的烧损程度开来，如果是匝间短路，二次线圈早已没有电流通过，保护装置也应该早就会动作跳闸。

　　（5）经过分析，我们认为这台互感器应该在故障前不久，运行当中遭受过雷击，（绕击雷和跳击雷完全有可能绕过避雷针或者避雷线打到互感器侧）雷电流曾流经过互感器，雷电流是一个暂态过程，常规保护装置起不到作用，而且雷电流很大有几十千安到几百千安，折算到二次电流也会很大，完全能造成所有的二次绕组绝缘烧损，也另一个原因是电流互感器材质本身存在问题，绝缘水平达不到要求，在雷击的情况下造成所有的二次绕组绝缘烧损。雷击过后又经过较长时间的带电运行，绕组绝缘烧损更严重，二次铜线匝与匝之间靠得更近的位置易放生匝间短路，二次绕组匝间发生短路又出现开路，引起保护装置动作。最终可以断定是由于电流互感器加工工艺不良和雷电过电压入侵两个因素导致电流互感器故障。

　　3 电流互感器故障防范措施

　　电流互感器是电网运行中重要的电气设备，由于体积小、电压高、场强集中，比较容易发生故障［5］，当其发生故障时，往往会造成大面积停电，互感器一旦爆炸，其后果通常是灾难性的。因此，为了确保电流互感器在电网中安全稳定运行，在生产过程中需采取以下措施来防止故障发生。

　　（1）研究开发了220KV干式流互内部放电监控装置

　　我单位针对220kV干式电流互感器，在运行中发生的3次内部绝缘放电击穿事故，且按照电流互感器常规的试验项目，所有的试验项目全部合格，现场无法检测到此放电现象，在不改变被监控的220kV干式电流互感器的结构和接线方式，不影响互感器绝缘和运行的情况下，研究开发220KV干式流互内部放电监控装置。该装置能够监测内部放电引起绝缘体过热的温度、绝缘体泄漏电流、绝缘介损tgδ等电气参数，反映互感器输出特性的二次回路电流，反映互感器二次回路开断、接线松动的二次电压，记录一次回路的跳闸电流和跳闸时间；

　　根据上述监测数据和设定的超标报警阀值进行报警提示。当监控装置发出报警信号，说明电流互感器存在严重的安全隐患，退出运行，避免了由于变电所值班人员巡视不认真而造成的电流互感器绝缘击穿事故的发生，确保了石武高铁的安全运行。

　　（2）修改管内3个变电所备自投程序，压缩失压保护动作时间

　　针对此次220KV失压保护动作时间过长（23秒），影响G570次列车停电3分钟，与综自厂家联系，修改3个变电所备自投程序，使牵引变电所220KV进线电动隔离开关1011、1021GK分、合闸操作不参与备自投；主变压器低压侧GIS高压开关柜三工位隔离开关（2011、2021GK或2031、2041GK）不参与备自投。修改后的备自投程序，失压保护动作时间由原来的23秒缩短到不足3秒。

　　（3）严把新设备验收质量关。进攻验收时，必须检查TA本体二次接线盒内末屏接地端子是否接触良好。因此验收时要与设备出厂数据进行对照，绝不允许异常设备入网运行。

　　（4）做好运行中的监督维护。运行维护人员应认真巡视设备，做到细闻、细听、细看，发现异常及时汇报，及时采取措施。停电检修试验时，要确保检修试验质量，确保及时发现各类潜伏性故障。

　　（5）认真做好故障设备的分析统计工作。对已确定存在故障并退出运行的电流互感器应进行解体检查，查找故障点，分析故障原因，探索故障分布规律，为今后电流互感器选型提供科学依据。

　　4 结语

　　电流互感器承担着对一次设备运行情况进行监视、测量和保护的重要功能，电流互感器严重损坏会造成保护误动、拒动，甚至引发全所停电【4】。对于互感器的故障，应给予足够的重视，对故障现象、原因进行深入分析，及时采取技术手段进行监测、分析，及时消除事故隐患，避免了同类事故再次发生，为牵引供电系统的安全稳定运行提供保障。

　　参考文献：

　　［1］朱德恒，严璋.高电压绝缘［M］.北京：清华大学出版社，1982.

　　［2］王金山，李清升.220kV干式电流互感器均压球破裂故障分析与处理[J].内蒙古电力技术，2012（6）

　　［3］梁耀升.变电站电流互感器内部故障原因分析及建议[J].广西电力，2012（10）

　　［4］王军香，梅秀金，姜子秋，姚丽辉.电流互感器潜伏性故障的原因分析及处理措施[J].内蒙古电力技术，2014（4）

　　［5］曹继丰.高压直流输电现场实用技术问答［M］.北京：中国电力出版社，2008.

　　［6］朱德恒，严璋.高电压绝缘技术［M］.北京：中国电力出版社，2007.

　　［7］王明谦.电流互感器试验[J].变压器，2010，88（4）：51-53.

　　付春华