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1、110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究,2,110kV干式电流互感器(复合绝缘) 应用技术研究,选题背景和意义 高压电流互感器基本要求和干式电流互感器的基本结构 干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究 解剖检查和试验 结论和体会,3, 选题背景和意义,选题背景 一、几起高压电流互感器的运行事故 二、广东电网互感器运行情况调查 本文研究的现实意义,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究,4,背景：一、几起高压电流互感器的运行事故,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,2000年6月6日16：07，桃源站母联CT故障发生母线故障，桃源站全
2、站停电（SF6） 2001年9月5日，500kV罗洞站梧罗2回A相CT内部短路（SF6） 2002年5月19日赤沙站220kV赤天乙线A相CT粉碎性爆炸（油浸式） 2003年2月，珠山站 1台 110kV CT在运行中膨胀器鼓起（油浸式） 2004年7月6日16：04，北郊站500kV 2台CT A相故障喷油（SF6） 2005年8月7日，棠下站110kV 1台CT在运行中事故喷油（油浸式） 2005年9月，田心站220kV北田甲线 1台CT在运行中膨胀器鼓起（油浸式）,5,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,1、2002年5月19日23时，广州赤沙站220kV赤天
3、乙线A相CT粉碎性爆炸： 受燃烧和咽气影响：相邻B相CT外绝缘损坏，相邻赤天乙线、潭赤甲线阻波器和悬式绝缘子外绝缘损坏 受爆炸瓷套碎片影响：220kV赤天乙线及相邻的潭赤甲线、赤瑞乙线部分断路器、刀闸、CT等设备的支持绝缘子受到不同程度损坏 产品型号规格为LCWB7220W，采用少层厚绝缘结构 2000年12月出厂，2001年12月投入系统运行。运行前交接试验数据合格。,6,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,2、2001年9月5日，500kV罗洞站梧罗2回A相CT内部短路，导致线路保护动作，开关跳闸，重合不成功，强送不成功。 现场绝缘检查发现500kV梧罗2回A相
4、CT绝缘为零，故障CT返厂解体、报废。 解剖检查表明：该CT内部绝缘支撑树脂有放电痕迹，为内绝缘不良，系制造质量问题。,7,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,3、2000年6月6日16：07，桃源站母联CT故障发生母线故障，导致母差保护动作，切除I、II母线上所有开关，桃源站全站停电。 事后现场检查确认为母联CT故障，属母差死区，微机母差BP-2A保护正确动作，先跳开II母上所有开关，故障未消除，经160ms延时后，再跳开I母上所有开关。 故障CT返厂解剖检查，报废。,8,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,相邻CT瓷群破裂,该CT完全
5、烧毁,220kV油浸式CT故障照片,9,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,10,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,11,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,220kV SF6 CT故障照片,二次绕组,地电位屏蔽罩,地屏对高压外壳放电,12,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,外壳对地屏放电位置照片,13,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,高压外壳外观图,14,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,110kV 油浸式CT故障情
6、况照片,故障CT,15,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,水泥杆被烧至露出石仔,断路器机构操作箱,16,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,被烧坏的断路器瓷群,17,背景：二、广东电网互感器运行情况调查,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,调查时间： 2002年7月 调查对象：油浸式、SF6、干式互感器 调查范围：广州、深圳、东莞、佛山、中山、江门、惠州等7个供电局 数据采集的起始和截止时间： 2000年1月2002年7月,18,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,各类互感器的缺陷
7、故障比例,19,背景：二、广东电网互感器运行情况调查,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,结论： （1）油浸互感器运行中缺陷较多、修理台数多、更换台数也多，特别容易渗漏油，在现场难以彻底处理，不但造成维护工作量大，运行情况不理想。 （2）SF6互感器故障率高、而且不环保，运行情况也不理想。 （3）干式电流互感器有很多优点，但运行时间短，对它还不了解，需要进行研究。,20,本文研究的现实意义,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究选题背景和意义,如果通过论证（关键是内绝缘和外绝缘），干式电流互感器能适用于我省电网，由于该互感器体积小、质量轻、防火防爆、不污染
8、环境、防污闪性能好，维护工作量少，而且价格适中，则： 彻底解决油浸纸绝缘电流互感器存在的漏油、爆炸、抗污闪能力低等老大难问题，同时还可以减少维护工作量，降低劳动强度。 相对大规模使用SF6 CT而言，更加环保，也节省投资。 因此具有很大的经济效益和深远的社会效益。,21,高压电流互感器基本要求和干式电流互感器的基本结构,一、电力系统对高压电流互感器的基本要求 二、干式电流互感器的基本结构 三、干式电流互感器的结构特点 四、干式电流互感器的主要技术特征,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究,22,一、电力系统对高压电流互感器的基本要求 1、绝缘性能要安全可靠 2、机械性能要安全可靠
9、3、温度和热稳定性要安全可靠 4、密封要切实可靠 5、在化学作用和不利环境条件下运行要具有良好的稳定性,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究-高压电流互感器基本要求和干式电流互感器的基本结构,23,二、干式电流互感器的结构,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究高压电流互感器基本要求和干式电流互感器的基本结构,干式电流互感器的外形如右图所示。,24,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究高压电流互感器基本要求和干式电流互感器的基本结构,干式电流互感器的结构如右图所示，主要由1）一次绕组、2）联接器、3）二次绕组和4）外壳等部分组成。,二、干式电流互感器的结构,2
10、5,三、干式电流互感器的结构特点（性能比较）,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究高压电流互感器基本要求和干式电流互感器的基本结构,26,四、干式电流互感器的主要技术特征,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究高压电流互感器基本要求和干式电流互感器的基本结构,油浸式电流互感器 一次绕组与二次绕组均同装在一个充满绝缘油的容器中 SF6电流互感器 一次绕组与二次绕组均同装在一个充满SF6气体的容器中 干式电流互感器 实质上是将低压贯穿式电流互感器套在“U”形干式高压套管上，通过箱体和机械紧固件组合在一起的组合电器,27,干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,一
11、、固体电介质击穿的基本理论 二、主绝缘材料的构成及其性能 三、聚四氟乙烯复合硅油绝缘的绝缘特性 四、热负荷循环试验表明该绝缘的预期寿命较长 五、聚四氟乙烯复合硅油绝缘的模拟试验及其寿命的等效计算 六、干式CT与线路合成绝缘子相比的沿面放电电压和老化性能 七、干式CT硅橡胶伞群受潮及其绝缘性能,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究,28,一、固体电介质击穿的基本理论,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,固体介质击穿常见的有：电击穿、热击穿及电化学击穿等形式。固体介质击穿场强与电压作用时间的关系及不同击穿形式的范围见下图
12、。 固体介质击穿后，出现烧焦或熔化的通道、裂缝等，即使去掉外施电压，也不能自己恢复绝缘性能。,29,一、固体电介质击穿的基本理论,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,图4-1 固体介质击穿场强随电压作用时间的变化举例,30,图4-4 气隙放电时的等值电路,图4-5 气隙放电时气隙上的电压变化,气隙放电,31,一、固体电介质击穿的基本理论,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,固体绝缘的介质损耗与电压的关系曲线,32,二、主绝缘材料及其性能,110kV干式电流互感器(
13、复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,干式电流互感器的主绝缘由聚四氟乙烯薄膜外涂少量硅油缠绕而成 整个主绝缘采用电容式结构，中间插入金属极板进行均压。,33,二、主绝缘材料的构成及其性能,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,1、聚四氟乙烯性能参数,密度（g.cm-3） ：2.1 厚度范围（m）；6.75762 抗拉强度（MPa）：22.8 伸长率（%）：300 吸水率（%）：0 相对介电常数（1kHz1MHz）：2.0,介质损耗因数（1kHz1MHz）：110-4 体积电阻率（.m）：101
14、6 介电强度,短时（MV.m-1）：86.6173.2 耐化学性：强酸优；强碱优；油和脂类优；有机溶剂优 最高使用温度：260,聚四氟乙烯薄膜（PTFE）优点：具有很宽的适用温度（267260），优异的介电性能和突出的耐化学性。耐各种化学溶剂，如耐强酸、强碱，甚至氢氟酸都不能将其腐蚀。,34,二、主绝缘材料及其性能,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,2、硅油性能参数,35,二、主绝缘材料及其性能,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,1、硅油性能参数,硅油是一种不
15、同聚合度链状结构的聚有机硅氧烷。硅油具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐氧化、耐低温性，可在-50180温度范围内长期使用；抗剪切性强，为一般矿物油的20倍以上很高的压缩性，是理想的液体弹簧；温粘系数低、低蒸汽压、低表面张力、良好的增水性和润滑性；优异的电气特性，耐击穿电压高、耐电弧、耐电晕、介电损耗小；还具有透光性好和对人体无毒害作用等优点。,36,三、聚四氟乙烯复合硅油绝缘的绝缘特性,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,1、研究试验发现：介质损耗因数（tan）很小且稳定,37,三、聚四氟乙烯复合硅油绝缘的绝缘特性,110kV干式电
16、流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,2、组合绝缘结构的局放具有自衰特性,图4-13 LRGBJ-220样机的局放量随加压时间增加而逐渐衰减的曲线,38,三、聚四氟乙烯复合硅油绝缘的绝缘特性,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,3、局放自衰特性的理论分析,图4-14 均匀电场中几种气体击穿电压和pd是关系,39,三、聚四氟乙烯复合硅油绝缘的绝缘特性,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,由此可见，聚四氟乙烯复合硅油绝缘
17、采用紧紧缠绕的电容式结构工艺，使其具有局放自衰特性的优势 可见对于电容式结构设备而言，聚四氟乙烯复合硅油是一种非常理想的绝缘材料。,40,五、聚四氟乙烯复合硅油绝缘的模拟试验及其寿命的等效计算,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,模拟老化试验结论,1）对于聚四氟乙烯复合硅油绝缘，其电老化特征基本符合电场强度的变化仅仅影响电老化的速率，而不影响其老化机理的特点。只要选择好合适的特性参数，就可以使用等效老化法测量其老化寿命。 2）在设计场强3kV/mm的长期作用下，其寿命可以达到30年以上，其老化寿命是值得信赖的。使用其作为主绝缘材
18、料的设备，如果在设计场强比较合理的情况下，其使用寿命是值得信任的。 3）聚四氟乙烯复合硅油绝缘的电老化特征n5。,41,六、干式CT与线路合成绝缘子相比的沿面放电电压和老化性能研究,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,42,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,图5-1 某电厂110kV某进线外观图,43,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,图5-2 悬吊导线的合成绝缘子图,44,110kV干式电流互
19、感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,图5-3 与干式CT结构相同的穿墙套管,45,六、干式CT与线路合成绝缘子相比的沿面放电电压和老化性能,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系。 绝缘的寿命与电场强度的大小密切相关。 干式CT的外绝缘与带均压屏的绝缘芯体紧密配合，外绝缘表面的电位受到均压屏的钳制而分布均匀，使表面场强低，因此提高了沿面放电电压，特别是污闪电压。 同时降低了硅橡胶外绝缘材料的劣化率，提高了外绝缘材料的寿命。,46,110kV干式
20、电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,Anders Strombeck, Head of R&D for Composites, ABB Components &Insulation Materials Div.,Sweden,线路合成绝缘子,断路器空心合成外绝缘伞群,47,七、干式CT硅橡胶伞群受潮及其绝缘性能研究,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,1、硅橡胶伞群的吸湿试验1,表5-2：#3套管（热缩管暴露）浸水后tan值,图5-4 硅橡胶伞群tan随浸泡时间的变化,48,七
21、、干式CT硅橡胶伞群受潮及其绝缘性能研究,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,2、硅橡胶伞群的吸湿试验2,#1套管浸泡96小时，出水10分钟时可耐受95kV 1分钟的出厂试验电压，其后运行电压的泄漏电流发热蒸发水分使tan很快恢复正常（见图5-5）。,图5-5 tan 随通电时间后的变化,49,七、干式CT硅橡胶伞群受潮及其绝缘性能,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究干式电流互感器复合主绝缘和硅橡胶外绝缘的绝缘性能研究,2、硅橡胶伞群的吸湿试验2,#1、2套管浸泡27天出水后，用加热毯（约40）加热8小时自然冷却1
22、6小时，再加热8小时，自然冷却16小时，其tan恢复到浸水前的值（见图5-6，其间第08，2432h时段tan略有上升后下降缓慢，此为温度升高之故）。此试验进一步说明tan增大确因硅橡胶伞群表面受潮，环境干燥时或运行后其值很快变小。,图5-6 tan 随干燥时间的变化,50,解剖检查和试验,一、 被试设备情况 二、试验情况 三、检查和解剖情况 四、结果分析,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究,51,一、 被试设备情况,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究解剖检查及试验研究,型号：LRGBJ110 （伞裙形式：单伞裙套装粘合） 额定绝缘水平：126/230550kV 出
23、厂编号： 黄相AU01143；绿相AU01129；红相AU01138； 一次电容量：黄相290pF ；绿相 283pF ；红相 296pF 制造日期：2001年3月（已运行3年半） 型号：LRGBJ110（伞裙形式：整体伞裙整体套装） 额定绝缘水平：126/230550kV 出厂编号：AU04412 一次电容量：320pF 制造日期：2004年9月（未投运的新CT） 制造厂家：均为北京天威瑞恒电气有限责任公司,52,二、试验情况,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究解剖检查及试验研究,1、 试验项目和标准 1）常规试验项目包括：绝缘电阻测量、误差测量、介质损耗及电容量测量、局部放电
24、测量、工频耐压试验等。 2）研究性试验项目包括：介损与湿度关系、介损与电压关系、工频耐压击穿破坏试验等。 3）试验标准 GB12081997 电流互感器 DL/T596-1996 电力设备预防性试验规程 Q/CSG 1 0007-2004 电力设备预防性试验规程,53,二、试验情况,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究解剖检查及试验研究,2 、常规项目试验结果和结论 结果全部合格,54,三、检查和解剖情况,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究解剖检查及试验研究,1、外观检查情况完好 2、解剖结论用于主绝缘的聚四氟乙烯带洁白、光亮，包扎紧密，没有松动，表面无任何放电痕迹，
25、金属电容屏边沿整齐，无任何放电引起的电蚀，尺寸无位移。,55,四、解剖检查和试验研究结论,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究解剖检查及试验研究,1 、试验结果显示均满足出厂试验水平 2 、特殊试验显示尚有很大绝缘裕度 3 、外绝缘表面受潮不影响内部绝缘的介损值 4 、对其中两台产品进行解剖，情况良好,56,四、结果分析,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究解剖检查及试验研究,为什么说特殊试验显示尚有很大绝缘裕度 1）介损很小且稳定,57,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究解剖检查及试验研究,2）耐压水平很高，可达到500kV,58,解剖后的硅橡胶伞裙,5
26、9,外壳,60,导电杆,61,拆外绝缘伞群过程中,62,二次绕组,63,热塑护套,64,拆热塑套管 结论和体会,65,解剖主绝缘,66,一次绕组铜棒,67,结论和体会,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究,1、计算结果表明在设计场强3kV/mm的长期作用下，其寿命可以达到30年以上，其老化寿命是值得信赖的，主绝缘的绝缘劣化率应远低于油纸绝缘。 2、110kV干式CT的电气性能优越，其价格适中，介于充油瓷套管结构和充SF6气体结构之间，性能价格比高，可推广使用这种110kV干式电流互感器。 3、干式电流互感器的制造质量，对生产工艺和生产环境的依赖性非常强。因此，为保证干式电流互感器的
27、制造质量，需要重视制造厂的生产条件和工艺控制。同时需要加强验收工作，尤其是局部放电试验和高电压下介质损耗试验，同时注意其电容值是否产生变化。 4、热缩硅橡胶伞群在潮湿环境中其表面容易受潮、虽然不影响安全运行，但如果试验结果不合格，也是问题，因此生产运行中的定期介损预试应选择在晴天或干燥的时候进行。,68,结论和体会,110kV干式电流互感器(复合绝缘)应用技术研究,关注主绝缘的密封问题幻灯片 65 幻灯片 64 一次回路导体的散热问题 关注主绝缘的绕包工艺 严格控制绕包速度、严格控制绕包作业的环境、防止滑屏的工艺措施 关注二次绕组的绝缘工艺 验收时关注局部放电试验 验收时关注高电压下的介损试验 运行时关注介损和电容值是否发生变化,