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互感器的试验与诊断

为了测量高电压和大电流交流电路内的电量，通常均用电压互感器和电流互感器将高电压变换成低电压、大电流变成小电流，配备适当的标计，并利用互感器的变比关系来进行测量。如高压电力系统中的电流、电压、功率、频率和电度计量等都是借助互感器来测得的。此外，互感器也是电力系统的继电保护、自动控制、讯号指示等方面不可缺少的设备。试验室用以精密测量的互感器，一般准确度较高，通称为仪用互感器，其原理和电力系统内装设的互感器完全一样。电流互感器和电压互感器的结构原理和电力变压器类似。在一个闭合磁回路的铁芯上，绕有互相绝缘的一次绕组和二次绕组。其绝缘强度要求和同电压等级的电力变压器也大致相同。对于高压互感器，因为长期处于工作状态，时刻经受着工作电压和过电压考验，以及光、热、潮气等作用，故需进行必要的预防性试验。第一节互感器的绝缘试验

一、电流互感器的绝缘试验我国目前生产的20kV及以下电压等级的电流互感器多采用干式固体夹层绝缘结构，在进行定期试验时，以测量绕组绝缘电阻和交流耐压为主。测量绕组绝缘电阻的主要目的是检查其绝缘是否有整体受潮或者劣化现象。测量一次绕组用2500V兆欧表，二次绕组用1000V或2500V兆欧表，而且非被测绕组应接地。测量时候还应考虑空气湿度、套管表面脏污对绝缘电阻的影响。必要时将套管表面屏蔽，以消除表面泄露的影响。温度的变化对绝缘电阻影响很大，测量时应记下准确温度，以便比较。为减小温度的影响，最好在绕组温度稳定后进行测量。对于35kV及以上电压等级的互感器，多采用油浸式夹层绝缘结构，除了应进行绝缘电阻和交流耐压试验外，尚需做介质损耗角正切值（tanδ）的试验。1、电流互感器极性检查电流互感器极性检查实验接线如图8-1所示，当开关S瞬间合上时，若L１和K１同极性，则毫伏表的指示为正，指针右摆，然后回零。在电流互感器的极性检查中L１和K１在铁芯上起始是按同一方向绕制的，极性检查采用直流感应法。

图8-1电流互感器极性检查接线图油断路器套管型电流互感器二次侧的始端a与油断路器套管的一次侧接线端同极性。当油断路器两侧各电流互感器流过同方向一次电流时，两侧的a端极性恰恰相反，在做极性试验时，要将断路器合上，在两侧套管出线处加电压。如图8-2所示。图8-2安装在油断路器上套管型电流互感器的极性检查示意图2、电流互感器的励磁特性试验电流互感器的励磁特性试验接线如图8-3所示。图8-3电流互感器的励磁特性试验接线图输出电压220~380V；(b)输出电压500VTR——调压器；PA——电流表；PV——电压表

测量电流互感器的励磁特性可以发现一次绕组有无匝间短路，计算10%误差曲线，并从励磁特性校核用于继电保护的电流互感器的特性是否符合要求。试验时电压从零向上递升，以电流为基准，读取电压值，直至额定电流。若对特性曲线有特殊要求而需要继续增加电流时，应迅速读数，以免绕组过热。由于电流互感器一次绕组匝间短路时，励磁特性在开始部分电流会比正常的略低，因此应再开始部分多测几点。当电流互感器励磁电压较高，电流较大时，输出电压可增至500V左右，但读取的励磁电流值为毫安级，因此对仪表的选取应加以注意。图8-4电流互感器二次绕组匝间短路时的励磁特性曲线1——正常曲线；2——短路1匝；3——短路2匝

根据规程规定，电流互感器只对继电保护有特性要求时才进行该项试验，但在调试工作中，当对测量用的电流互感器发生怀疑时，也可测量该电流互感器的励磁特性，以供分析。3、电流互感器铁芯退磁对电流互敢器铁芯进行退磁主要是因为在大电流下切断电源或在运行中发生二次开路时，通过短路电流以及在采用直流电源的各种试验后，可能在电流互感器的铁芯中留下剩余磁，磁将使电流互感器的比差尤其是角差增大。方法是使一次绕组开路，当二次绕组额定电流为5A时，通入1～2.5A电流,当二次绕组额定电流为1A时,通过0.2～0.5A的50HZ交流电流,然后使电流从最大值均匀降到零.并在切断电流电源前将二次绕组短路.,且在上述过程中,电流不应中断或发生突变,重复二、三次后，即可退去电流互感器铁芯中的剩磁。二、电压互感器的绝缘试验

20kV及以下电压等级的电压互感器，多采用干式固体夹层绝缘结构。但也有一部分是户内用的油浸式夹层绝缘结构。对于它们的绝缘试验和电流互感器基本相同，但根据现场的实际需要，有时增加感应耐压试验。对35～66kV电压等级的电压互感器应进行绝缘电阻测试、交流耐压（串级绝缘不能进行）、感应耐压、介质损失正切值（tanδ）等项试验。对66kV以上电压等级的电压互感器还应增加绝缘油中溶解气体分析试验。上述各项试验方法，可参考变压器试验和绝缘油试验的有关项目。唯有对串级式电压互感器的tanδ值测量要采取另外的接线才能得到正确的判断。下面着重介绍目前国内采用的几种有效的测量方法。1、高压标准电容器自激法采用高压交流电桥高压标准电容器自激法测量串级式电压互感器的tanδ值接线如图8-5所示。图中A-X为两元件铁芯串接高压侧绕组的出线端，a-x为低压侧绕组出线端，ad-xd为低压侧辅助绕组出线端。图中利用电压互感器本身作为试验变压器，套管和绕组的对地电容作为Cx。这种线路的电压分布与电压互感器工作时一致。所以避免了高压侧绕组靠近低压端的容量大，造成主要反映低压端介质损失的缺点。如能采用更高电压的标准电容器，使自激电压达到额定值，就更接近实际。如国产的250kV六氟化硫标准电容器，就能够满足110kv及220kv的电压互感器在工作电压下用自激法测tanδ的试验。试验方法和用QS1型电桥对角接线法测量tanδ的方法完全一样，由于桥体处于低压端，所以标准电容器可以选用更高电压等级的，以满足电压互感器的测量要求。图8-5采用高压标准电容器自激法测量tanδ值接线

2、低压标准电容器自激法如图8-6所示，利用QS1型桥体内的标准电容做电桥的标准臂，对串级式互感器进行自激测量tanδ值。图8-6利用低压标准电容器自激法测量tanδ值接线由图8-6可知，电桥的供电是取自辅助绕组端子上所感应的电压，标准电容桥臂承受的电压较低，此时辅助绕组的负荷很小，U1和U2向量基本上是重合的，经验证明他们之间的角差影响可以忽略不计。不管用高压标准电容器自激法，还是用低压标准电容器自激法，在测量串级式互感器的值时，仍然避免不了强电场的干扰影响。其干扰源，一个来自互感器高压侧外界电场（附近的高压设备），一个来自二次侧激磁系统。前者可采用高压屏蔽的办法消除，具体办法参考变压器的试验，后者可将调压装置的接地点尽量靠近滑动接点。另外还可以配合调换自激电源的相位，使干扰减少到最小程度。

3、末端屏蔽法如图8-7所示，同样可以利用QS1型高压电桥进行测量，并需用高压试验变压器B，在被试电压互感器的高压侧激磁，同时供给电桥电源。低压末端接地，低压绕组也处于较低电位，这样基本上避免了小套管因受潮和脏污对测量值的影响。可见，末端屏蔽法的接线只能测出和低压绕组及辅助绕组直接耦合的高压绕组部分的tanδ值。如老式JCC-110和JCC-220型两个或两个以上铁芯的电压互感器，只能反映部分高压绕组的tanδ值。两个铁芯只反映下部一个铁芯即1/2tanδ值。四个铁芯只反映1/4tanδ值。但比过去的常规接线基本上不能反映高压线圈的tanδ值要好的多，且不像常规接线那样只能加压2000～2500V，而是能满足标准电容器的电压（QS1型电桥可以加压到10kV），对提高tanδ值的灵敏度也大有好处。显然，末端屏蔽法比自激法测得的结果偏小，如果采用QS1型电桥测量的tanδ小于1%时，须在Z4臂上并联一适当电阻R'4扩大其量程。根据我国一些地区的经验，并联电阻值可选等于R4的数值，即3184欧，这时Z4臂上的电阻就变成了1592欧，量程增大了一倍。因此，所测得的tanδ值必须除2，才是QS1型电桥指示的实际值。

图8-7用末端屏蔽法测量tanδ值接线

末端屏蔽法，同样有电源系统和外界电场的干扰问题，其防止措施和自激法相同。4、电容式电压互感器的试验方法电容式电压互感器接线如图8-8所示，由电容分压器（包括主电容器C1，分压电容器C2）、中间变压器（即中间互感器YH）、共振电抗器L1、载波阻抗器L2及阻尼电抗器R等元件组成。图8-8电容式电压互感器接线图g——保护间隙；K——断路开关其介质损失角tanδ值的测试，可分单元件试验。例如，对电容器，可照电力电容的要求进行试验；对中间变压器，可选用“自激法”或“末端屏蔽法”均可得到有效的结果。第二节互感器的油色谱分析

目前，在互感器的故障诊断中，单靠电气试验的方法往往很难发现某些局部故障和发热缺陷，而通过互感器中气体的油中色谱分析这种化学检测的方法，对发现互感器内部的某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常灵敏而有效，这已为大量故障诊断的实践所证明。油色谱分析的原理是基于任何一种特定的烃类气体的产生速率随温度的变化，在特定温度下，往往有某一种气体的产气率会出现最大值；随着温度的升高，产气率最大的气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2。这也证明在故障温度与溶解气体含量之间存在着对应的关系。而局部过热、电晕和电弧是导致油浸纸绝缘中产生故障特征气体的主要原因。由于互感器的原理结构与变压器相似，因此，互感器的油色谱分析可参考变压器油色谱分析部分。第三节互感器的特性试验

电流互感器在正常工作时，与普通变压器不同；其原边电流不随副边电流变动而变化，只取决于原边回路的电压和阻抗。副边回路所消耗的功率随其回路的阻抗增加而增大，一般副边负载都是内阻很小的仪表，其工作状态相当于短路。一、电流互感器的向量分析如图8-9所示，电流互感器正常工作时，原边绕组的磁势大部分用以补偿副边绕组的磁势，只一小部分作为空载磁势，在铁芯中的磁通较小，所以在副边绕组中感生的电势不大。如果不变，增大副边回路的阻抗，则和副边回路的磁势将减小，而磁势和磁通必然增大，如果副边回路开路（＝∞，＝0），副边回路的磁势便等于零，总的磁势将等于原边回路的磁势，因而在铁芯中建立的磁通将大大超过正常工作时的磁通，使铁芯损失增大，引起过度发热。同时在副边绕组中感生较高的电势，可能达到危险的程度。所以电流互感器副边绕组不能开路运行。图8-9电流互感器的向量二、电流比差的测量

理想的电流互感器其电流比应与匝数成反比，即

式中——原边电流（安）；——副边电流（安）；

——原边绕组匝数；——副边绕组匝数。电流误差也就是电流比差。电流比一般的测量接线如图所示，为电流发生器，被试电流互感器和标准电流互感器的原边串联在副边回路内，图中的电流表的准确度等级，都必须较所接的电流互感器的准确级高，如被试电流互感器为0.5级，电流表应为0.2级以上，标准电流互感器也要比被试电流互感器的准确级高，才有校验意义。

当然这种测量方法包括标准和电流表的误差在内，这对电力系统内装设的电流互感器的校验已足够准确。因为一般测量用的电流互感器均为0.5级或1级。

电流比测量接线图三、电流互感器角差测量

电流互感器除了电流的误差外，还有角误差。它是原边电流和旋转180o后的副边电流的向量之间的差角δ如图8-11所示，从向量图中可以看出：，所在的直角三角形中，斜边等于所以因为和相比很小，故可忽略不计，由此得

角差δ的测试，需用专门的仪器。这里介绍一种用差流法测量角差δ的接线。如下图所示，被校电流互感器和标准电流互感器的原边串联，副便接入仪器形成三个基本电流回路：①标准电流互感器的副边电流，经AB‘DE形成一个回路；②被校电流互感器的副边电流经EDCB形成第二个回路；③互感线圈M的副边电流经电阻ab形成第三个回路。图中电阻流过的电流是和的差值。

用差流法测量电流互感器误差原理图(a)原理接线图；(b)向量图得到所以调节rA和rcd

电阻值使检流计等于零时的读数即可得到被校互感器的电流比差。四、影响电流互感器误差的原因影响电流互感器误差的原因主要由以下三点：（1）由于铁芯的磁导不好，铁芯的损失增大，激磁电流也大；铁芯的几何尺寸设计得不适当，漏磁偏大。这些都直接影响互感器的角差，使其增大；（2）副边回路的电阻、电抗和负载因数的大小，会影响δ的大小并使角差发生变化；（3）副边电流及其频率的大小，可以导致副边阻抗压降的变化，因而不仅使角δ发生变化，而且可使电流比差变化。

五、电压互感器的向量分析

电压互感器的工作特性和电流互感器不同，当原边电压基本不变时，副边绕组的工作电流很小，近似开路状态；电压互感器工作时，其副边绕组不能短路。为了满足测量电压准确度的要求，通常电压互感器的铁芯磁密取得比变压器低（约为6000~10000高斯），而绕组导线截面取得较大。得出实际上铁芯内有损耗，绕组存在着阻抗，端电压随着负荷发生变化，因而测量电压比，就产生了误差。

电压互感器的向量图六、电压比差测量

用标准电压互感器校验的电压比误差：

式中——电压的误差；——电压比的误差。

电压的误差，也就是电压比差。电压比差的测量和变压器一样，也可以用电压表法进行。但要求比变压器高，原边应施加额定的稳定电压，用标准测量原边电压，副边要加规定的负荷。其接线如右图所示，所用电压表应比电压互感器的准确级高。

电压互感器电压比测量接线图YHN——标准电压互感器；YHx——被测电压互感器；R——负荷电阻七、互感器电压角差测量

电压互感器误差校验器的接线原理及向量图(a)接线原理；(b)向量图

和测量电流互感器角差的原理一样，利用互感的作用使流经电阻上的电流与相位角差90°，这样也就与相差90°，与相差180°。结果就是。在上以适当的刻度表示，即可直接反映被测的相角差八、影响电压互感器误差的原因

副边回路负载加大，将会改变的大小，使误差发生变化。特别是电阻及的增大，误差明显地随之增大。为了减小电阻，所以电压互感器绕组导线电流密度取的较小。其次是电抗和电阻的比值改变对相角差影响也较大。所以电压互感器的等效电抗不应太小，等效电阻不应太大，所消耗的总功率应在额定范围内。

第四节互感器的故障分析与诊断

故障诊断的任务，就是当设备上某一部位出现某种故障时，要从这些状态及其参数的变化推断出导致这些变化的故障及其所在部位。由于状态参数的数量浩大，必须找出其中的特征信息，提取特征量，才便于对故障进行诊断。由某一故障引起的设备状态的变化称为故障的征兆。故障诊断的过程就是从已知征兆判定设备上存在的故障的类型及其所在部位的过程。因此故障诊断的方法实质上是一种状态识别方法。对互感器的状态识别依据是使用前几节所述的方法对其进行试验所得到的试验数据。在得到试验数据后，首先要进行试验结果正确性判断，排除试验方法原则上的错误和环境、人为因素等的影响；然后把试验结果与规程、标准相比较，与历史资料相比较，与其它同类产品相比较，综合利用多个试验方法的试验数据进行联合分析；最后根据分析对互感器的状态进行判断。一、互感器故障种类及分析

2、故障形成原因

2.1绝缘热击穿高压电流互感器既承受高电压,又通过大电流,绝缘介质在高电压作用下的介质损耗以及电流热效应使绝缘温度升高。如果有缺陷,将出现热损耗增加,绝缘温度升高,在超过绝缘材料的工作温度下长期运行,就会造成绝缘热击穿。

2.2局部放电损坏

220kV电流互感器主电容在正常状态下电压均匀分布,如果生产制造过程中工艺不合格,就会造成电容极板不光滑,绝缘包绕松紧不均、外紧内松、纸有皱格,电容屏错位、断裂,“并腿”时损伤绝缘等缺陷;因下部U型卡子卡得过紧使绝缘变形,还会因端屏铝箔没有孔眼而在非真空注油时,电容屏间存积气泡,从而改变电容屏间的电压分布,使个别电容屏承受较高的场强,出现严重电晕或较强的局部放电,如果没有被发现或处理不及时,将导致整个电容芯棒绝缘裂解击穿事故。

2.3受潮由于端部密封不严而进水受潮,引起互感器内部游离放电加剧,内部沿面放电,是电流互感器绝缘劣化的主要原因之一。电流互感器的U型电容芯棒的底部离油箱底部很近,进入互感器内的水沉积于电容芯棒底部,芯棒打弯处绝缘受潮严重,是绝缘最薄弱的部位,在工作场强的长期作用下,使一对或几对主电容屏击穿,甚至导致整个电容芯棒的击穿,从而造成爆炸事故。

2.4绝缘干燥和脱气处理不彻底

220kV电流互感器若不进行真空注油,致使内部气体无法排出,或虽然进行了真空注油,但不能保持高真空度,或脱气处理时间不够,干燥不彻底,在运行电压和温度的作用下,就会发生热和(或)电老化击穿。

2.5人员过失常见的过失有一次引线接头松动、注油工艺不良、二次绕组开路、电容末屏接地不良等。由于这些过失常导致局部过热或放电,使油中溶解气体色谱分析结果异常。

二、互感器故障诊断方法

1认真进行预防性试验

DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》(以下简称《规程》)规定了电流互感器的预防性试验项目有:测量绕组及末屏的绝缘电阻、测量介质损耗因数tanδ及电容量和油中溶解气体色谱分析等,通过对这些项目的测试结果进行综合分析,可以发现进水受潮及制造工艺不良等方面的缺陷。2局部放电测量常规绝缘试验不能检出电流互感器的局部放电型缺陷,而进行局部放电测量能灵敏地检出该类型的缺陷。3在线监测和红外测温

a.目前高压电流互感器开展的在线监测项目主要有:测量主绝缘的介质损耗因数tanδ、电容量和电容电流。现场测试表明,它对