陈 浩，郭 铁，刘黎洋，高 森

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司物资分公司，辽宁 沈阳 110006)

油浸式电流互感器是电力系统中重要的一次设备，主要安装于户外变电站，因其长期运行在大电流、高场强的恶劣复杂环境下，易出现因过电压、谐波、受潮和绝缘劣化等原因而引发的局部放电、过热情况[1]，进而导致电流互感器内的绝缘油裂解产生氢气等故障气体，通过对油中溶解气体含量分析可以发现此类故障[2]。油浸式电流互感器(TA)内部过量产氢的问题已有研究人员开展过一些研究，得出的结论主要有：因TA内部的金属件存在焊接，在镍的催化作用下促进有机物分解产氢[3]；水或绝缘油在高温及电场作用下分解产氢[4]；也有案例显示在未带电运行的TA中发现了过量产氢现象，但介损和绝缘电阻等常规试验未见异常，TA脱氢后投运正常，因此提出过量产氢和内部绝缘问题并无直接联系的观点[5]。本文针对辽宁电网近年来发生的多起不同工况下过量产氢的TA进行试验和解体分析，查找出多起过量产氢问题的共性：油纸绝缘系统中纸绝缘存在大量“褶皱”引起局部场强不均导致故障产氢，对“褶皱”产生的原因进行分析并对TA的制造和运行提出建议。

1 油浸式电流互感器过量产氢现象

辽宁电网近年来出现多起TA过量产氢的现象，其共同特征为油中溶解气体分析发现氢气含量超标(超过标准规定的150 μL/L)，甲烷和总烃含量增大，但一般不产生或者产生痕量乙炔。过量产氢会导致TA内部压力增大，严重时会将膨胀器异常顶起，造成设备变形，甚至引起本体炸裂。过量产氢表明设备内部可能存在绝缘缺陷。

2 典型案例分析

本文对辽宁电网近年多起TA过量产氢案例进行综合分析, 以220 kV电压等级设备为例，共收集了13台过量产氢TA的数据，其中有3起氢气含量接近104μL /L；7起达1000 μL /L；3起大于100 μL /L不超过1000 μL /L。这些异常的TA，有的投运超过了15年，有的仅仅投运1～2年，从数据上看，产氢的含量多少与年份并无直接关联。本文选取2起比较典型的TA过量产氢案例，并对故障TA进行试验及解体分析。

2.1 案例1

变电站巡视人员发现某220 kV电压等级运行中TA金属膨胀器异常顶起上盖。带电取油样进行油中溶解气体分析，发现氢气、甲烷和总烃气体含量均远高于标准要求的注意值(220 kV 电流互感器：氢气含量≤150 μL/L，总烃含量≤100 μL/L)。试验数据见表1。

表 1 油中溶解气体分析数据 单位：μL /L

由油中溶解气体分析数据判断，该设备内部存在低能量放电，为进一步确认故障及分析原因，对该台设备返厂解体。

2.1.1 解体前的电气试验

该故障设备为2000年出厂产品，为LCWB7油浸式正立型产品。因怀疑该设备内部可能存在绝缘缺陷，耐压试验可能会对其造成二次损伤而影响对其原始故障原因的分析，因此，对故障设备进行如下试验：①绝缘电阻测试；②电气试验前后介电损耗因数及电容量测试；③局部放电试验；④电气试验前后油中溶解气体分析；⑤油耐压、微水及油介损试验[6]。

a.绝缘电阻测试。一次绕组对二次绕组及地为2500 MΩ；一次绕组段间为2500 MΩ；二次绕组之间及地为2500 MΩ；末屏对二次及地为2500 MΩ。

b.介电损耗因数及电容量测试。电气试验前后分别测量了试品的介电损耗因数(以下简称“介损”)和电容量，测量结果见表2。

表2 介损及电容量试验数据

表3 局部放电试验数据

d.电气试验前后油中溶解气体分析。试验数据见表4。

表4 油中溶解气体分析数据 单位：μL /L

2.1.2 解体检查

对故障TA进行放油、拆除膨胀器、外瓷套及吊芯检查。解体检查TA的油箱及二次绕组，油箱无变形，油箱壁无明显放电；二次绕组排列整齐，绝缘包扎紧实，绕组及各接头未发现明显放电痕迹，如图1所示。

图1 220 kV油浸式电流互感器

对TA的一次绕组主电容屏及纸绝缘由外到内进行拆解，发现从靠近末屏的第4层主电容屏开始，在绝缘纸上发现大量较宽的横向“褶皱”，“褶皱”位置主要位于“U”型弯的内外侧，越向内拆解绝缘电缆纸“褶皱”越明显，直至拆解到第7层主电容屏后，绝缘纸恢复平整。绝缘纸的横向“褶皱”见图2。

图2 绝缘纸的横向“褶皱”

2.2 案例2

国家电网有限公司《十八项电网重大反事故措施》中要求，新投运的110(66) kV及以上电压等级电流互感器投运后1～2年内应取油样进行油中溶解气体组分分析。试验人员对已投运8个月的某220 kV电压等级运行中TA开展油中溶解气体分析，发现氢气、甲烷和总烃气体含量均远高于标准要求的注意值。试验数据见表5。

表5 油中溶解气体分析数据 单位：μL /L

由油中溶解气体分析数据判断，该设备内部存在低能量放电，为进一步确认故障及分析原因，对该台设备返厂解体。

2.2.1 解体前的电气试验

该故障设备为2019年出厂产品，为LCWB7油浸式正立型产品。对故障产品开展以下试验：①绝缘电阻测试；②电气试验前后介电损耗因数及电容量测试；③工频耐压试验；④局部放电试验；⑤电气试验前后油色谱分析；⑥油耐压、微水及油介损试验。

a.绝缘电阻测试。一次绕组对二次绕组及地为2500 MΩ；一次绕组段间为2500 MΩ；二次绕组之间及地为2500 MΩ；末屏对二次及地为2500 MΩ。

b.介损及电容量测试。电气试验前后分别测量了试品的介损和电容量，测量的结果见表6。

表6 介损及电容量试验数据

c.工频耐压试验。二次绕组间及对地：3 kV，1 min；末屏对地：5 kV，1 min；一次绕组：368 kV，1 min。

表7 局部放电试验数据

e.电气试验前后油中溶解气体分析。试验数据见表8。

表8 油中溶解气体分析数据 单位：μL /L

f.油耐压、微水及油介损试验。油耐压值56 kV；油微水为8.3 mg/L；90 ℃下油介损为0.22 %。绝缘电阻试验显示，该TA一、二次绝缘正常；由表6 测试结果判断，设备不存在内部绝缘材料老化、受潮和主电容屏击穿的问题；由工频耐压试验结果可知，设备内部不存在绝缘击穿；由表7局放测试结果判断，设备内部可能存在低能量的放电，但值得注意的是，本次试验在加压2 min内，TA的局放量均未超过20 pC，而在2～5 min的过程中局放值上升37 pC；由表8可知，试验前后试品油中溶解气体中氢气含量略有增长，可判断设备内部仍存在低能量放电；对绝缘油进行油耐压、微水及油介损试验，试验结果无异常，表明绝缘油没有进水受潮和污染劣化现象。

2.2.2 解体检查

对故障TA进行放油、拆除膨胀器、外瓷套及吊芯检查。解体检查TA的油箱及二次绕组，油箱无变形或开裂，油箱壁无放电痕迹；二次绕组排列整齐，绝缘包扎紧实，绕组及各接头未发现明显放电痕迹。

拆开TA末屏，对一次绕组主电容屏及纸绝缘由外到内进行拆解，发现靠近末屏的绝缘纸间存在大量较宽的横向“褶皱”，“褶皱”位置主要位于“U”型弯的内外侧，逐渐向内拆解至第3层主电容屏后，“褶皱”恢复平整，绝缘纸横向“褶皱”见图3。

图3 绝缘纸的横向“褶皱”

2.2.3 试验及解体结果对比

对比2台故障TA的试验结果和解体现象发现，共同的异常特征是局部放电试验局放量超标、试验前后油中溶解气体氢气含量略有增加；对一次绕组电容屏及纸绝缘拆解，发现绝缘纸间存在大量较宽的横向“褶皱”，“褶皱”位置均位于“U”型弯的内外侧。不同的是案例1中的TA为2000年产品，运行将近20年检测出故障，“U”型弯处“褶皱”位于第4～7层主电容屏之间的绝缘纸上；案例2中的TA为2019年产品，运行仅8个月时间检测出故障，“U”型弯处“褶皱”位于紧靠末屏第1～3层主电容屏之间的绝缘纸上。

用同样的试验和解体方法对辽宁电网近年来的多台过量产氢TA开展研究，得到了相似的试验结果和解体现象。

3 结论

通过对比研究多台过量产氢的TA，分析认为：缠绕在TA一次绕组“U”型弯的主电容屏之间绝缘纸上的大量“褶皱”，是引起过量产氢的主要原因。“褶皱”的存在，使绝缘纸之间形成大量“空腔”，造成场强变得不均匀，在长期的运行电压下局部过热产生过热特征气体甲烷等，气体大量积累引发气泡放电产生放电特征气体氢气，因“褶皱”存在部位不同，有的位于中间层的电容屏之间，TA绝缘包扎相对紧实且绝缘油流动缓慢，气体通道贯通慢，不易扩展，油中溶解气体检测出故障也需要较长时间；而有的“褶皱”部位靠近末屏，位置距离取油阀处较近，若溶解气体检测及时，过热、放电产生的特征气体则比较容易发现。

一次绕组主绝缘包扎缠绕是否紧实平整无“褶皱”，与绝缘纸的质量、工人操作工艺、设备自动化水平等因素有关。同时，若TA在真空干燥环节，出现真空度或者干燥温度不够、抽真空时间不足等问题，也会加剧气体的产生。针对此类问题，对设备制造商和运行单位提出以下建议。

a.设备制造商应加强一次绕组绝缘包扎缠绕工艺环节的技术监督，尤其注意“U”型弯处的包扎工艺，确保缠绕紧实。

b.设备制造商在绝缘纸的选择上要严把质量关，选用达标、优质的原材料；对于过于老旧、性能受影响的绝缘纸缠绕机要进行更换。

c.要特别注意TA真空干燥环节真空度、真空时间、罐内温度的控制，杜绝因赶工期而降低该关节工艺标准和要求。

d.在对故障TA开展局部放电试验时发现，多台试品在加压2 min后，出现局放量超标。因此在开展该项试验时，建议参照国家电网有限公司《十八项电网重大反事故措施》要求，110(66)～750 kV油浸式电流互感器在出厂试验时，局部放电试验的测量时间延至5 min。

e.根据油浸式TA的结构特性，设备运行单位应严格按照规程开展油中溶解气体含量分析，对于油中溶解气体含量未超过注意值，但已明显高于同间隔的其他相、或较上次测试值有明显增长趋势时，应及时复测，并缩短检测周期。