本文针对检修过程中, 所发现的部分110kV干式电流互感器主绝缘电容量与初始值或出厂值差别超过±5%的情况, 进行解剖分析, 查明了引起互感器电容量显著变化的具体原因, 并估算出干式电流互感器电容值变化幅度与绝缘性能之间的量化关系。本文为跟踪、监测互感器电容量变化幅度, 保证互感器安全运行提供了理论和实验依据。
1 110kV干式电流互感器主绝缘电容量变化超标情况概
电力设备预防性试验规程 (DL/T596-1996) 7.1.1条规定“电容型电流互感器主绝缘电容量与初始值或出厂值差别超过±5%时应查明原因”。
根据试验数据, 登峰一次变有11台电流互感器电容量变化值超过了5%, 其中110kV01002B相电流互感器电容量变化达到了10%。互感器电容量试验数据 (如表1) , 11台电流互感器电容量呈现不同程度增长的趋势。
其他试验诸如介质损失角、绝缘电阻等试验结果与历年包括出厂值比较没有变化。
110kV电流互感器现场局部放电试验显示, 设备的视在放电量都在10pC左右, 稍高于或等于背景噪音, 符合DL417-2006《电力设备局部放电现场测量导则》中干式互感器交接试验要求不大于20pC的标准范围之内[2]。
2 干式电流互感器电容值变化幅度与电场强度之间的量化关系
由于电容屏收缩变化无法精确测量和计算, 可以选择三种假设的理想状态, 估算电容值变化和电场强度变化之间的量化关系, 以此推测产品电容值变化时的安全裕度[1]。
互感器有27屏电容, 假设每屏绝缘厚度均为d, 电容值均为c, 每屏电压u, 电场强
度E=d, 27屏电容串联后, 等值电容=27
(1) 假设只有主绝缘最外层的24屏~27屏收缩, 此时可以看做主绝缘变成了24屏, 此时每屏电容值c不变, 加在主绝缘两端的总压降不变[3]。
油纸绝缘允许的各种电场强度的下限值分别乘以1.125倍, 均小于规定的上限值, 所以互感器绝缘处于安全范围内。
(2) 油纸绝缘各种电场强度的允许值, 上限值除以下限值, 最小倍数为1.67。假设主绝缘最外层有n屏收缩, 采用与前面假设同样的推算方法, 将1.67倍带入最大可取15此时可以看做主绝缘收缩后变成了13屏, 13屏电容串联后, 等值电容主绝缘如此收缩后, 互感器电容值变化量
在这种假设条件下, 电容值变化量即使达到107%, 电场强度还在允许的安全范围内。
(3) 假设各屏绝缘收缩幅度一致, 且每屏的电容极板面积s基本不变, 收缩后每屏绝缘厚度变为d’, 电容值为c’、电压u不变、电场强度。选取E’=1.67E, 根据值不变, 推算;根据电容量值不变, 推算出主绝缘收缩前、后等值电容分别为c/27和c’/27, 则互感器电容值变化量
在这种假设条件下, 电容值变化量即使达到67%, 电场强度还在允许的安全范围内。综上所述, 在三种假设条件下, 干式电流互感器的绝缘强度都在允许的安全范围内, 而且第2种、第3种假设允许的电容值变化范围非常宽松。
3 解体前后产品状态分析
3.1 产品出厂时技术数据
(1) 产品型号:LG B-110, 2×400/5A, 0.5/10P20/10P20/10P20, 输出容量30V A, 编号:0209S25-3, 出厂日期:2002年10月, 投运时间:2004年4月, 退出运行时间:2008年5月。
(2) 主绝缘试验数据。
工频耐压 (1min) :185kV, 通过;局部放电量:在148kv下局部放电量<10pC, 87kv下局部放电量2pC;介质损耗因数:在10kv和73kv下tanδ=0.037%, 电容量Cn=275pF。
3.2 产品返厂解体前复试数据 (见表1、2)
3.3 解体检查结果
(1) 热缩管端部粘接良好, 没有渗漏现象, 地线引出处环氧胶密封良好, 无渗漏现象。 (2) 地屏 (27屏铝箔) 表面有褶皱, 褶皱处电容屏有开裂现象, 25屏、24屏褶皱逐渐减少, 铝箔屏开裂现象消失。 (3) 电容屏尺寸与施工单相符, 没有发生轴向变化。 (4) 电容屏端部没有发现放电痕迹, 电容屏没有发生位移变化。 (5) 主绝缘材料聚四氟乙烯带光亮如新, 没有发现放电痕迹和绝缘击穿现象, 四氟带拉伸宽度与工艺相符。 (6) 电容屏与电容屏之间没有发现击穿现象。
4 电容量变大原因分析
(1) 因为主绝缘采用聚四氟乙烯带包绕, 在包绕过程中聚四氟乙烯带宽度从35mm宽拉伸到29mm~31mm, 外部热缩管保护, 绝缘体随着时间的延长和温度的变化每台产品均有不同程度收缩现象, 电容量Cn=εS/d, 绝缘体收缩后绝缘厚度d减小, 电容量变大[4]。
(2) 由于大庆地区温差大, 24屏以外在外层受环境温度变化和聚四氟乙烯带自身收缩特性影响, 冬季低温时向内收缩, 铝箔表面褶皱, 夏天环境温度高时由于热胀冷缩原理最外面的第27屏 (接地屏) 受温度影响热胀导致铝箔屏褶皱处发生开裂, 第26屏有大的褶皱和轻微的缝隙, 到第25屏和第24屏只有部分褶皱, 23屏开始以内的电容屏没有明显变化。局放量测试结果可以验证电容屏的局部开裂不会影响屏间的电场分布情况。
因此导致电容量变大的原因不是电容屏击穿和绝缘体发生位移变化, 主要原因是绝缘体径向收缩形成。
5 结语
通过分析建议每年例行检修时继续测量干式电流互感器电容值变化量和介质损耗因数的变化量, 跟踪数值变化趋势。当电容值变化量发生显著变化时, 可以通过局放试验辅助诊断。如果局部放电量和介损没有实质性变化, 可以确保干式电流互感器安全运行。
摘要：本文依据干式互感器解剖前各项绝缘性能指标的测试数据, 判断出干式互感器电容值变大后, 绝缘性能没有发生劣化。通过对干式互感器逐层结构进行的解剖观察, 结合干式互感器绝缘计算, 分析出引起互感器电容量显著变化的具体原因。利用理论推导的方法, 估算出干式电流互感器电容值变化幅度与绝缘性能之间的量化关系, 提出了针对干式电流互感器电容量变化的绝缘性能评价方法。
关键词：干式,电流互感器,电容量变化,原因分析
参考文献
[1] 张军, 肖耀荣, 刘在勤.互感器设计[M].沈阳:沈阳变压器研究所出版, 1993.
[2] 吴华杰.电流互感器的设计选择[J].唐山师范学院学报, 2004 (2) .
[3] 高向军.电流互感器的误差分析及运行维护注意事项[J].中小企业管理与科技 (上半月) , 2008 (5) .
[4] 杨炜.电流互感器的误差分析[J].科技资讯, 2008 (10) .