田英华
国网东北分部绿源水力发电公司太平湾发电厂 辽宁 丹东 118000
摘要：本文对太平湾发电厂220千伏电流互感器介损超标的原因进行了研究，分析了220千伏电流互感器产生故障的原因，明确了处理方法，提出了防范措施，在现场应用中取得了满意结果。
关键词：电流互感器；介损超标；处理方法：防范措施
1 设备概况及使用
太平湾发电厂共有18台型号为LCLWD3－220电流互感器，1985年投运，为沈阳变压器厂生产。在2014年、2015年、2016年LCLWD3－220电流互感器共连续发生15台介损超标，其中有9台经过现场短路干燥处理后恢复正常运行。LCLWD3－220电流互感器是70年代的老型号产品，产品出厂时tgδ%为0.4左右，一、二次绕组绝缘为1000～1500 MΩ，电气一次主绝缘共分十层，层间设有电屏，分为主屏、端屏和末屏，每层绝缘厚度为4毫米，绝缘材料为电缆纸，绝缘等级为A级，极限工作温度为105℃，电屏材料采用锡箔纸，绝缘的内电屏接高电位，外电屏接地，从而构成一个串联的电容器。一次线圈为3匝，每匝4根扁铜线，每根扁铜线截面为3×8mm，每匝线圈额定电流为300A。共八个出头，其中两个出头引出，即L1和L2，在储油柜内部进行串并联换接。一次线圈组合分别为全串联，额定电流为300A；串并联，额定电流为600A；全并联，额定电流为1200A。可以根据负荷大小采取不同接线方式。二次线圈为4匝，绕在环形的铁芯上，准确度等级为D/D/D/0.5，额定电流为5A，电流互感器上部储油柜由硅铝合金铸成，下部长圆形油箱由钢板焊成，正面焊有二次接线盒，接线盒内除有八个二次接线端子外，还有铁芯及一次线圈末屏的接地端子各一个。
2 LCLWD3－220电流互感器存在的问题
（1）在改变电流变比时，需打开上部储油柜盖板，恢复时需重新抽真空注油，运行操作不方便。
（2）电流互感器一次引线L1端子在外部胶圈老化变形后，其内部接头随之松动，其接头螺栓设计存在一定问题。
（3）透气性很差，绝缘受潮以后潮气很难排出。
（4）电屏材料采用锡箔纸，绝缘材料是电缆纸，散热效果不好，热稳定性能很差。
（5）下部长圆形油箱底面为平面，不利于杂质和水份的排出。
（6）厂家介损制造标准为≤0.8%，出厂时介损偏高，不符合目前规定行业标准。
3 LCLWD3－220介损超标原因分析
3.1 测试误差造成
①由于试验仪器抗干扰能力差，导致测试数据不准确，经对比，采用福建凯特公司生产的GWS-2A介损测试仪，在无干扰和强电场作用下差值在0.15左右。
②电流互感器瓷套外表面和二次端子板脏污也影响介损测试。
③环境温度和湿度对介损也有一定的影响。
④电流互感器安装在基础上和落于地面对介损也有一定的影响，差值一般在0.05左右。
3.2 变压器油的影响
油介损和微水含量超标也会导致电流互感器整体介损不合格。
3.3 绝缘受潮导致介损超标
末屏介损超标说明潮气没有进入绝缘层内部，而是集中在一次线圈U型绝缘中部偏下末屏以外电缆纸部位，这种情况采用简单的热油循环往往能够得到解决。主体绝缘介损超标说明潮气已经进入绝缘层内部，由于取油样导致膨胀器容积发生变化，因而潮气从密封胶圈处慢慢进入，在运行过程中，外层干燥的电缆纸会吸附绝缘油中水份而逐渐受潮，内层电缆纸吸附外层电缆纸水份，逐渐推移导致绝缘整体受潮。如果运行电流不大，一次线芯产生的热量很小不足以排出潮气，如果运行电流较大，一次线芯产生的热量会逐渐驱赶潮气进入末屏，从而使末屏介损超标。由于水份被电缆纸吸收，往往油介损和微水测试结果很小。因此可以说绝缘受潮是一个逐渐累积的结果。主绝缘介损超标特别难以处理，需要采取短路干燥抽真空和热油循环相结合的方法进行，由于电屏材料采用锡箔纸，透气透水性特别差，绝缘受潮以后水份排出只是靠锡箔纸搭接缝隙和开孔处，即所谓进潮容易排潮难。
3.4 绝缘整体老化和局部老化导致介损超标
LCLWD3使用寿命在15～20年，在U型主绝缘弯曲处铝箔皱折部分极易产生轻微放电，长期作用会使局部绝缘老化导致介损超标，绝缘油长期运行产生的X腊粘在绝缘纸中也会使介损超标。该种情况往往现场无法进行处理。
3.5 操作过电压和雷电过电压放电引起介损超标
这种情况往往是电流互感器运行时间过长，绝缘裕度小，承受不了过电压冲击，介损数值变化有突然性。避雷器失效不起作用也会出现这种情况。
3.6 受制造标准和工艺的限制导致介损超标
LCLWD3－220是老型号产品，当时厂家介损的制造标准规定为不大于0.8，1997年以前电力行业执行《电气设备预防性试验规程》，规定tgδ%不大于1.5，1997年下发《电力设备预防性试验规程》，新规程规定tgδ%不大于0.8。现今厂家介损的制造标准规定为不大于0.5，LCLWD3－220出厂时介损就偏高，因为当时只要达到0.8就认为是合格产品，运行以后很容易超过0.8，如果超标，再好的处理也不可能处理到低于出厂值。由于受其制造标准和工艺的限制，导致介损超标难以处理，有的根本处理不到合格范围内，或者出现虚假现象，运行过程中会出现介损反弹现象。
油质绝缘结构的互感器所采用的电缆纸等绝缘材料，在一般情况下，含水量都在6%～10%左右，试验证明，为满足介质损耗和耐电性能指标的要求，电缆纸等绝缘材料中的含水量必须控制在在1%～0.5%及以下。
金属杂质和非金属杂质对互感器影响也比较复杂，可能导致互感器介质损耗率增大，局部放电量增大，严重的也可能导致产品击穿。杂质的来源比较广，如铁芯上的氧化铁粉尘，油箱内表面的氧化铁粉尘，绝缘纤维粉尘，循环热风处理时的灰尘、装配过程中零部件脱落的电镀层及金属粉末及变压器原油中的杂质等。
4 电流互感器现场介损超标处理存在的问题和解决办法
目前处理电流互感器介损超标的方法有两种，一是热油循环干燥法，二是短路干燥抽真空法。前者需要使用真空滤油机，对于处理电流互感器含氢超标和末屏介损超标有利。如果主绝缘介损超标和末屏介损超标较多，需要采取第二种处理办法。
如果能将热油循环干燥法和短路干燥抽真空法有机结合起来，会达到事半功倍的效果。下面主要介绍一下热油循环和短路干燥抽真空相结合方法处理介损超标，介绍处理过程中存在的问题和解决的办法。该方法也适用于其它型号的电流互感器介损超标处理。
4.1 干燥前的高压和油务试验
① 设备停运后立即取油样当天进行油务化验并进行色谱分析。
油务化验项目∶PH值、酸值、闪点、水分、击穿电压、界面张力、tgδ%(90℃)、体积电阻率(90℃)Ω·m。
色谱分析项目∶CH4、C2H6、C2H4、总烃、H2、CO、CO2。
② 停运后应静止一段时间，将设备冷却至器身温度和室外温度一致。静止时间根据运行电流大小确定，一般不少于12小时。
③ 实验时应在良好天气进行，且空气相对湿度不高于80%，设备温度不低于+5℃。
④ 擦净瓷套外表面灰尘，用四氯化碳清除二次接线端子板，必要时可以用电吹风吹干。
⑤ 采用抗干扰仪器进行测试。
高压实验项目如下∶末屏介损、主体介损、一次线圈对地绝缘、二次线圈对地绝缘、一次对二次线圈绝缘、末屏对地绝缘、一次线圈直流电阻(全串联挡位)、二次线圈直流电阻(四匝线圈中任一线圈)、器身温度。
根据实验结果，同以前相比较，观察上升速率变化，由于实验误差的影响，介损在0.95以下，同上年比较上升速率变化不大，可以不进行处理，在运行中注意观察监视。介损在0.95以上，同上年比较上升速率变化较大，突发性介损升高应考虑操作过电压和雷电过电压因素的影响，如果经综合判断为绝缘受潮，可以进行下一步工作。
4.2 进行两天短路干燥热油循环
①将一次线圈改为全串联接法(300/5)。干燥最好将电流互感器拆除移至室内进行处理，一方面CT干燥空间好，另一方面在无干扰和CT落于地面测试数据真实。不管全串联(300/5)、全并联(1200/5)还是串并联(600/5)，短路干燥效果是一样的，因为二次线圈环形铁芯套在一次线圈(4匝)外部，一次线圈短路，二次线圈加电流，感应的一次线圈每匝电流是一样的，不因为一次线圈顶部8个接头变比的改变而改变。短路干燥时应采用电流变比最低档位，防止干燥过程中，联结螺栓接头过热氧化，接头温度过高会导致胶圈老化和变形，干燥中可以红外点温计或者测量一次线圈直流电阻进行比较来判断接头是否松动氧化。
②采用短路母线将一次线圈短路。采用的短路母线截面应满足电流大小的要求，有两种方法：一是从上油箱外部短路。二是从上油箱内部短路。一次线圈为扁铜线S=4×3×8=96mm2，额定工作电流为300A，最大一次电流为330A，极限电流为360A，二次D级线圈为￠2.26mm。不考虑漏磁损耗，二次为6A，一次线圈为360A，实践表明，达到热平衡以后，这时一次线圈温度为90℃左右，电流互感器为A级绝缘，允许温度为105℃，真空状态下允许温度为115℃，因此一次线圈达到最大电流，但加热温度仍未达到电缆纸最大允许温度，这将会使干燥速度缓慢。如何解决这一矛盾，众所周知，必须达到热平衡以后，即产生的热量和散发的热量相等，温度才会保持恒定而不上升。电流互感器干燥的热量是扁铜线自身电阻和接头电阻产生的，散热主要通过三个途径完成，一是热传导，由于L2端子与电流互感器上部油箱连接在一起，处于同一个电位，因此热传导主要通过CT上部铸铝油箱散发到空气中，用点温计测量油箱温度，基本上和环境温度一样，因此这一部分传导是很快的。二是热辐射，一次线芯产生热量，一部分经过电缆纸和介质(油和空气)辐射到上下油箱和瓷套，散发到大气中。三是热移动，通过油流循环和抽真空将热量带出来。三个途径中，前两个占主导地位。如果短路板从上油箱内部短路，将杜绝了第一个散热途径。散热速度减缓将会导致温升提高。通过调整二次电流，温升就会得到控制。这也就解决了最大一次线圈电流不能够达到电缆纸极限温度的需要。
③ 连接好二次线圈加电流回路。
有两种方法：一是三个D级和一个0.5级二次线圈中，每两个线圈并联。这种方法优点是磁路藕合较好，缺点D级和0.5级线圈电阻不同，会产生某一线圈过电流。二是三个D级线圈并联，0.5级线圈短接，如图1。使用调压器作为供电电源。
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④ 连接好热油循环管路。
首先将电流互感器油全部排出，然后重新注入合格的变压器油，从电流互感器上油箱排气螺丝处进油，从下油箱底部放油阀排油，应注油至一次线圈全部进入变压器油中，采用真空滤油机进行处理。
⑤ 在电流互感器内部紧贴一次线圈芯线埋设热电偶。
⑥ 启动真空滤油机和加温回路。油温应控制在60℃，合上加温电源刀闸，器身温度开始升高，应控制在每小时不超过+10℃。防止一次线圈绝缘层内外因突然升温产生温差过大而损伤绝缘。每隔两小时测量一次二次线圈直流电阻(对应于冷态下初始测量的同一匝二次线圈)，应用公式T热=R热/R0(235+T0)－235，计算出二次线圈的平均温度。计算温度与一次线圈热电偶温度相比较进行校核，应控制一次线圈温度不超过70℃。实践表明，通过测量一次线圈直流电阻换算出的温度并不代表一次线圈实际温度，除非一停温就打开上油箱测量内部接头直流电阻，而且速度要快否则散热会导致温度有较大变化，不打开上油箱只测量外部接头直流电阻，由于电阻回路有一部分负载在空气中而导致测温不准确。
⑦ 关闭真空滤油机和加温回路。电流互感器在运行过程中，电缆纸会逐渐脆化、硬化，进行两天热油循环的目的是将电缆纸软化，以利于后期抽真空短路干燥时水份的析出。拉开刀闸停止加温，使器身温度自然冷却。经过约12小时冷却后，进行直流电阻、介损和绝缘电阻的测试，这时会发现介损有一个上升的状况，热油循环中介损上升是属于正常现象。
4.3 短路干燥抽真空：见图2
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① 封堵电流互感器上油箱与膨胀器连管，防止抽真空时损伤膨胀器。
②膨胀器防爆玻璃更换为5mm厚度的圆形钢板，防止抽真空时玻璃破碎。
③从电流互感器上油箱排气螺丝处抽真空，使用的胶皮软管要保证不漏气，真空表和软管路接头封堵要严实。
④ 启动加温回路。
合上加温电源刀闸，器身温度开始升高，应控制在每小时不超过+10℃，每隔两小时测量一次二次线圈直流电阻和一次线圈绝缘，应控制一次线圈温度不超过105℃。
⑤ 启动抽真空回路。采用真空泵抽真空，均匀提高瓷箱内的真空度达0.053MP，保持3小时再均匀提高到0.08MP，保持3小时，最后提高到使瓷箱内的残压≤133Pa。这样可以避免真空度上升过快，使绝缘材料（主要是电木板、上胶纸板等）中的水蒸气和气体逸出过急，产生开裂，起层等不良后果。24小时后破坏一次真空，破真空时应在空气干燥的情况下进行，并且降低二次电流至线圈温度和室外温度接近时进行，降温的目的有两个原因，一是大气中氧气进入后会减缓绝缘和油质的老化程度，二是外界空气进入瓷套空间，如温差较大会析出水份凝结在绝缘层外表面而重新受潮，湿度较大和雨天不破坏真空，最好采用高纯氮气。在破真空的同时应进行排残油工作，在残油很少时即不破坏真空，根据排残油量多少大约需破坏真空2～3次。在整个干燥过程中，真空泵要一致运转，如真空泵过热，可以短时休息。因为在真空状态下绝缘和油质承受的温度较高，真空度在0.09MPa，水的汽化温度为27℃，如果停止抽真空，在瓷套空间内水分子达到饱和后，绝缘层内的水份将不析出。抽真空时间大约需要5天左右。
⑥ 观察绝缘电阻和介损变化。在整个干燥过程中，介损有一个先上升后下降的过程，在干燥过程中对于同一个温度点抽查数次介损数值用以判断，绝缘电阻有一个先下降后上升的过程，如果绝缘电阻初始停运时测试为合格，那末当绝缘电阻干燥过程中回升到或高于初始状态时，其数值(2万～5万兆欧)保持10～12小时基本不变，一般认为短路干燥结束。因为绝缘电阻与温度是反比关系，当电流互感器降至与室外温度一致时，绝缘电阻冷态值将很高，有时高达8万～10万兆欧，降至外温时测试末屏和正接介损就能达到合格范围内。
⑦ 抽真空注油。通过绝缘电阻和介损判断干燥结束，这时断开电源刀闸，让器身自然冷却到和室外温度一致，真空泵停转，真空度自然下降，最后解除真空，排净残油，画出绝缘曲线，然后抽真空注油，擦净瓷套灰尘，用四氯化碳擦净电流互感器下油箱二次端子板，最后进行整体测试。
5 结束语
由于绝缘受潮引起的电流互感器介损超标，在现场通过短路干燥热油循环和抽真空的方法是可以进行处理的，但需要把握好温度控制指标，否则温度过低会导致干燥时间过长，温度过高会导致绝缘老化而损坏。图3为绝缘材料不同含水量时水分压与温度的关系曲线，从该曲线可以看出，当温度提高20℃，绝缘材料内的水蒸气分压提高一倍，因此扩散系数约增大一倍，因而可以缩短一半的干燥时间。有以下几个方面需要注意。
（1）通过测量一次、二次线圈直流电阻算出的温度并不代表线圈的实际温度，应该埋设热电偶。
（2）注入的二次线圈电流不应超过6A，否则一、二次金属导体会发生老化，如果温度上不来，应采取将一次线圈从上油箱内部短路，或是采取一些保温措施。
（3）破坏真空后应把残油排掉，否则重新注油时残油与新油混在一起将影响介损数值。
（4）刚停止加温和彻底冷却后测试介损会有所变化，前者大于后者，如果差值在0.3%以内属于正常，否则说明没有干燥彻底。
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