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对两起10kV电流互感器爆炸事故的分析

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-26 14:35:19

摘要： 针对2004年4月20日和7月23日发生的2起10kV电流互感器在运行中爆炸的事故，从电流互感器的运行工况、安装工艺以及产品质量进行了全方位分析，最终找到电流互感器发生事故的原因是由于一次绕组导电板截面及浇注材料选择不合理。文章还对干式电流互感器的试验提出了有针对性地进行温升试验的建议。 关键词： 电流互感器；事故；分析；供用电 1 设备及事故情况介绍

　　北京供电公司某变电站10kV开关柜为沈阳某公司2002年4月生产的KYN23-10(Z)型中置式开关柜。主进线及母联开关柜额定电流为3150A，所配电流互感器型号为LZZBJ9-10C2，电流变比为3000/5，准确级为0.5/10P15/10P15，热稳定电流为4s/25kA，动稳定电流为120kA，共计12支。馈电线路开关柜额定电流为1250A，互感器型号为LZZBJ9-10C2，热稳定电流为4s/25kA，动稳定电流为120kA，所配600/5及200/5互感器共计96支。
　　2004年4月20日，3000/5电流互感器小车爆炸，1台变压器被迫停运1周。7月23日，另1台3000/5电流互感器小车也发生爆炸，另1台变压器又被迫停运。由于故障点离变压器较近，对变压器产生的影响严重。变压器出口短路差动掉闸及10kV母线全停，造成局部地区停电。故障的电流互感器照片见图1。由事故照片可以看出，最左面的电流互感器为事故发生点。

图1 故障电流互感器

2 事故原因分析

　　从事故电流互感器的照片可以看出，互感器外观环氧浇注层有较大裂缝，电弧从开裂处向外延伸，造成互感器小车相间短路。
2.1 故障因素排除
2.1.1 运行因素
　　(1) 电流互感器二次侧开路的疑虑。根据运行规程规定，在运行中的电流互感器二次是不允许开路的。如果电流互感器二次开路，其后果是:二次绕组产生很高的电动势，威胁人身设备安全；造成铁心强烈过热，烧坏电流互感器。此过程要有较长一段时间才会导致电流互感器爆炸。但经查阅两次事故的监控记录以及变电站运行人员巡视记录，均没有发现互感器运行中出现异常现象。因此电流互感器二次侧开路的问题可予以排除。
　　(2) 运行工况超规范。调阅设备运行2年来的变压器负荷记录，最大运行负荷为1500～1600A之间，此段时间集中在每年夏季的3个月。而其他季节的负荷在1000A左右，未超出工况设计和产品规范要求，因此运行中不符合设计运行工况而造成事故的原因也可予以排除。
2.2 质量因素检验
　　局部放电通常是互感器发生事故的诱因之一。对故障互感器以及相同变比的正常互感器进行局部放电量测试，试验电压按照运行相电压、试验电压及系统线电压3个等级进行局放试验，是核定互感器质量是否存在问题的一种手段。北京电力公司现执行的是华北电力集团公司2002年颁发的《电力设备交接和预防性试验规程》第四章互感器试验的相关规定，其对于局部放电的规定为：①固体绝缘互感器在电压为1.1Um/时，放电量不大于100pC，在电压为1.1Um时(必要时)，放电量不大于500pC；②110kV及以上油浸式互感器在电压为1.1Um/时，放电量不大于20pC。再加上GB 1208—1997中对局放的要求可以得出：固体绝缘互感器局部放电量的最小标准为50pC。
　　对事故电流互感器与正在进行的其他互感器进行局部放电测试，试验结果表明，所有相同型号的互感器其局放值基本均小于10pC，并且事故后存在较大裂缝的互感器的局放试验数值也小于4pC。因此可以得出结论：所有互感器均满足质量要求。
　　对一些互感器，在局放试验后进行了破坏性解体检查，检查其内部浇注工艺是否存在问题。解体后发现很多互感器的浇注面存在大量气泡，但未形成连贯的气孔，因此局放数值仍能满足规定要求。
　　根据试验结果，安排对电流变比为3000／5及600／5的2种互感器进行解体检查，检查其内部结构及施工工艺，发现了很大的质量问题。如：对3台3000／5型号为LZZBJ9—10C2、电流变比为3000／5、准确级为0.5/10P15/10P15、额定二次负荷为25/20/20VA、热稳定电流为4s/25kA、动稳定电流为120kA的互感器解体检查，发现：
　　(1) 浇注材料不合适。经化验，事故互感器的浇注材料为不饱和树脂浇注，表面喷紫棕色漆。
　　由于不饱和树脂的固化收缩率大，电气强度、机械强度较低，耐热性较差，蒸汽压高，所以它在固化时容易开裂，混合胶不能真空脱气，浇注时也不宜抽真空，因而浇注体内易产生气泡。行业中规定不饱和树脂只适用于低电压（1kV级及以下）设备绝缘浇注。高压类绝缘应使用环氧树脂浇注。环氧树脂可克服不饱和树脂的缺点，特别是环氧树脂具有固化收缩率小，蒸汽压低的优点，可以使浇注过程在高温、真空下进行，混合胶流动性更好，如采用薄膜脱气工艺，可最大限度地脱出气泡。
　　(2) 一次绕组检查。解体发现导电板由端面10mm×80mm和侧面10mm×60mm的铜排组成，并用黄铜作四周焊接。测得导电率为41m/Ω·mm²核算电流密度达5A/mm²。一次导线为Φ30铜导杆，核算面积为706.5mm²，核算电流密度为4.246A/mm2。导电板与铜导杆之间，一端用黄铜焊接，另一端用螺钉加弹簧垫紧固。一次导杆用玻璃丝带包扎，导线板侧面用皱纹纸及白布带包扎。
2.3 原因分析
　　经与相关工艺及技术标准进行比较后可得出以下结论：
　　(1) 电流互感器的浇注材料选择不当。
　　(2) 解体产品的导体选用截面不当。
　　(3) 连接不合适，造成发热点增多。导电板与导杆之间采用黄铜焊接后用螺丝紧固，增加了发热点。由于黄铜电阻率为0.071Ω·mm²/m，紫铜电阻率为0.018Ω·mm²/m，电阻率相差很大，易导致运行中发热，造成故障源。再在此处选用螺钉连接，更易产生过热故障点。
　　(4) 解体产品一次绕组未做缓冲包扎。树脂固化时产生的收缩力作用于一次绕组及其他金属件。由于金属在此力作用下不可压缩，因而机械力可能造成固化后的树脂开裂。另外，互感器在运行中，一次绕组铜导体发热膨胀，而固化后树脂的弹性很差，铜导体的热膨胀力也可使树脂开裂，所以一次绕组必须采用缓冲措施。
　　(5) 电流密度大于普通规定值。二次绕组的电流密度一般小于2A/mm²，在解体样品中1只0.5级绕组，导线为1根1.2QZ—2，其电流密度为4.432A/mm²；2只10P15级绕组，导线为1根Φ1.3QZ—2，其电流密度为3.7689A/mm²。
　　(6) 一、二次绕组之间可见明显黑色粉末，表明树脂已经变色。此为运行中局部过热现象的反映。
　　对600/5的互感器进行解体，除导电板端面8mm×45mm铜排、一次导电杆为Φ26铜导杆与3000/5互感器不同外，其他均相同。

3 结论

　　经过对事故及未发生事故的电流互感器进行详细的检查，最后终于确定2次互感器爆炸事故是由于互感器的设计和加工制造上存在导体截面选择过小和浇注材料选择不当，产品不能满足1.2倍额定电流下长期运行温升的要求，导致互感器内部发热，击穿绝缘，最终爆炸。
　　通过检查分析认为，此批互感器从产品设计到加工工艺均存在严重的质量问题，应做全部更换处理。
　　此次事故也告诉人们，互感器在制造中应注重质量监控。在实际工作中，由于局部放电试验的数据不易发现隐性事故缺陷，因此建议今后对干式互感器的试验上，应有针对性地进行温升试验，以便更好地检测互感器内部存在的隐性质量问题，及时消除隐患，保证设备安全。

4 参考文献

　　［1］肖耀荣，高祖绵.互感器原理与设计基础.沈阳：辽宁科学技术出版社.
　　［2］华北电力集团公司.电力设备交接和预防性试验规程.2002.
　　［3］ GB 1208—1997.电流互感器.

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