换流站500kV直流电流变送器运行中损坏原因分析

换流站500kV直流电流变送器运行中损坏原因分析
摘要：本文主要研究换流站500KV直流电流变送器损坏设备进行研究，发现芯
体横向绝缘在瓷套表面有污湿电导出并伴有较高场强是造成设备损坏的重要原因，这一现象会引起纸绝缘局部放电，并造成瓷套穿孔破裂或者油中放电。

因此，必
须对CT芯体放电处的绝缘工作与防污措施应用探索。

关键词：换流站；直流电流变送器；故障分析
换流站是将交流电转换为直流电或把直流电转换为交流电，并达到电力系统
稳定及电能质量要求而建立的站点。

换流阀、换流变压器与变流器等是换流站的
主要设备。

而直流电流变送器可以传送直流功率，控制电流方向，调节电流与其
他电气参数，有利于换流站的灵活运行。

1.直流电流变送器
直流电流变送器的精度控制在±0.1%ro，电源多为dc24v或ac220v，能够测量
直流电压与电流，并可将输入、输出、电源三方完全隔离。

同时，直流电流变送
器还具有抗干扰能力强、装卸方便、精度高、线性度高等优势。

直流电流变送器
对以下指标有明确要求：响应时间必须控制在400ms、电源消耗量约2va、输出
波纹不超过0.5%ro；输出电压在10vdc之内、交流：±0.2%、±0.5%（负载电阻=
输入电压/10madc）；输出电流：0～20madc 或4～20madc、耐压强度每分钟
ac2kvrms；绝缘阻抗为dc500v时大于100mΩ（负载电阻=10vdc/输出电流）；输
入负载：电流互感器控制在0.2va；工作环境温度在50℃范围内，且相对湿度必
须低于80%；贮存环境温湿度在零下20℃至70之内，且相对湿度必须低于70%；超负荷能力在2倍额定值（连续），10倍额定值（10s）[1]。

直流电流变送器广泛应用于电气、机械、石油、化工等领域的工业测控系统，比如数据采集、信号传输转换、pic、dcs等，对系统模拟模块插件功能加以补充、完善，提高现场环境的可信度与系统适用性。

2.直流电流变送器损故障原因分析
直流电流变送器解体现象解释了径向绝缘的击穿是从高压电极经纸、油、瓷
三层介质由内而外地发展。

由此可见，直流电流变送器解体问题关键是径向绝缘
各层介质中电应力是否超过其允许值。

第一电容屏的电位与同一高度瓷表面的电
位差就是径向绝缘的总电压。

当瓷表面无污湿时，沿瓷套外表面的分布被沿芯体
纵向电位分布控制，导致径向绝缘上的电压和场强较低。

沿芯体及沿瓷体的表面
纵向电位分布在瓷表面有污湿电导，尤其是不均匀的污湿电导时，将会有较为明
显的差异。

同时，径向绝缘会产生较高的场强及电压。

因此，若想定量分析绝缘
击穿的原因必须在瓷表面电导率与合适的介质电导率特性设定基础上分析具体绝
缘结构。

2.1场强计算结果
第一，瓷套表面无电导。

直流电流变送器芯体和沿瓷套表面的纵向电位分布
基本相同，径向电场很低。

当非线性性电导率时，运行电压下的事故击穿点的平
均场强不大于2 ～3kV/mm，低于允许值。

第二，瓷套表面有电导。

当表面电导
率大于10-9S，且不超过3*10-6S时，可控制表面电位。

第三，外表电导不均匀。

例如外表电导上部小、下部大时，径向场强升至极高数值。

第四，不论瓷表面是
否有电导或电导如何分布，最高场强较易在第一电容屏末端均压环上约10毫米
产生事故击穿点，而击穿处的场强过高是故障发生的根本原因。

2.2绝缘允许场强估计
绝缘击穿原因除了进行场强计算外，还需了解绝缘允许的场强值。

局部放电
决定油纸绝缘允许长期工作场强，且还与材质、工艺、绝缘结构等相关。

直流下油纸绝缘设计时，油纸电容型套管主绝缘径向直流工作场强大于6～
7kV/mm，直流1h实验时大于9～11kV/mm，1mm左右的油纸绝缘短时直流击穿
强度为20～100kV/mm。

利用皱纹纸带固定本直流电流变送器第一均压环上翻“羽毛”的尾部，并接于上部1mm总厚的屏外绕带。

羽毛宽度为20mm的直条与皱纹
纸带宽度为25mm的横带，交接处有较大的缝隙，实际有效纸厚低于1mm，是
外包绝缘的缺点。

解剖中常见的有击穿孔的纸带，尤其以皱纹纸带最为常见，再
者是末端有空的“羽毛”纸条，未曾见过屏外绕带有空的纸带。

可见搭接处1mm
总厚的屏外绕纸要高于绝缘有效强度，毫无疑问又是一绝缘弱点。

瓷表面电导在污湿条件下的不利分布容易导致直流电流变送器芯体第一电容
屏外包绝缘与羽毛交接处的场强大于自身允许值，进而产生局部放电。

当纸绝缘
被击穿后，油中场强快速增加，导致油间隙放电。

当放电尖端达到与之对应的瓷
壁时，局放电流的局部高温造成瓷套内壁产生槽、坑，最为严重的便是距离纸绝
缘击穿点最近的12～13裙间[2]。

因此，大雾、小雨及高温天气导致污秽瓷表面
产生电导。

CT损坏的外部原因是特别不均匀电导，而内部原因则为芯体电容屏外
径向纸绝缘中长时工作场强超过绝缘允许值。

2.3环境温度的变化
在温度低于0摄氏度的严寒冬季，换流站的控制压力指示参数昼夜相差较大，影响换流站500kV直流电流变送器的正常运行。

产生问题的原因大致为以下几个
方面：第一，选择了不合适的直流电流变送器，不合适的直流电流变送器难以适
应当地的低温环境，内部零件因为低温无法正常运转，导致直流电流变送器停止
运转或发生损毁。

第二，抽真空不够。

填充的硅油中含有气泡，如果环境温度发
生较大变化，很有可能造成气泡热胀冷缩，出现指示偏差较大的现象。

第三，错
误选择填充液。

高温硅油适用于-1～232ºC的介质，且环境温度应在-10～60ºC区
间范围内，不宜在冬季寒冷的北方地区应用。

3.故障防范建议
第一，计算场强之后，调整CT应力锥均压系统的尺寸，并加强第一电容屏、接地零屏与外包纸绝缘，将当瓷表面有均匀电导时本处500KV下场强低于绝缘的
长期允许工作场强。

第二，提高电容屏尾端“羽毛”与屏外绕带交接处的绝缘包绕
工艺，保证有效厚度满足以上场强要求。

第三，直流电流变送器采取防污秽措施，减小表面污秽电导产生，尤其是不均匀的电导机会。

第四，明确直流电流变送器
的检查部位，重点检查各个焊接部位的密封点是否发生渗漏现象，建立设备运营
档案，提高设备运行的安全性[3]。

第五，提高直流电流变送器的采购条件。

购买
直流电流变送器应符合工艺生产的要求，标注过程压力、温度、填充液品级等产
品参数，并通过正规渠道购买。

相关企业切勿为了减少降低采购成本，从不了解
的第三方渠道购买不合格的变送器，造成安全事故的发生。

4.结语
综上所述，通过对换流站500kV直流电流变送器运行过程中可能会因为设备
质量问题、安装问题或者环境问题等而出现损坏情况。

当直流电流变送器出现损
坏故障时，便会影响到换流站的正常运行。

因此，相关变流站建设部门必须加强
直流电流变送器相关运行设备检测，及时排查故障、解决故障，以保障直流变流
器正常运行。

参考文献：
[1]孙天雨，谷万江，康勇，李晓鹏，袁泉，李宏伟，吴清早.配电变压器低压侧无线式电流变送器的设计[J].电测与仪表.2014（24）
[2]许民富，宋志民.变送器的调试与应用[J].氯碱工业.2012（09）
[3]杨素蓉，翟江波.差压变送器在应用中的故障诊断与比较[J].自动化仪
表.2014（02）
作者简介：
张帅，男，1980年12月，硕士，工程师，国网湖北省电力公司检修公司特高压直流运检中心，443000
韩帆（19811112），男，硕士，高级工程师，国网湖北省电力公司检修公司特高压直流运检中心，443000
吴剑波（19830110），男，硕士，高级工程师，国网湖北省电力公司检修公司特高压直流运检中心，443000
侯粹（19830101），女，大学，助理工程师，国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司，443000。