第47卷第8期2010年8月
TRANSFORMER
Vol.47August No.82010
电容式CT/套管末屏接地故障的原因
分析及对策探讨
莫登斌1，孙小梅2，雍军1
（1. 四川德阳电业局，四川德阳618000；2. 四川省超高压运行检修公司，四川成都610000）摘要：分析了电容式CT/套管末屏接地故障的原因，探讨了防止故障的措施。关键词：电容式电流互感器；末屏；故障中图分类号：TM406
文献标识码：B
文章编号：1001－8425（2010）08－0063－03
Analysis and Countermeasure Discussion of Earth Fault of
Capacitive CT/BushingEnd Shield
MO Deng-bin 1, SUN Xiao-mei 2, YONG Jun 1
（1.Deyang Electric Power Bureau , Deyang 618000, China ; 2.Sichuan EHV Operation &
Maintenance Corporation, Chengdu 610000, China ）
Abstract ：The reason of earth fault of capacitive CT/bushingend shield is analyzed. The preventive measure of fault is discussed.
Key words ：Capacitive current transformer ；End shield ；Fault
1引言
电容式CT/套管利用电容分压原理调整电场，使导电管的径向和轴向电场分布更均匀，保证了设备的局部放电量很低，从而具有耐压高、体积小及性能好等优点，目前，在110kV 及以上电压等级的设备中得到了广泛应用。
电容式CT/套管的末屏通过小套管引出, 便于测量介质损耗因数和电容量, 以判断互感器的绝缘状况，但在运行中为了保证设备和人身安全，末屏又必须可靠接地。《互感器运行检修导则》明确规定：电容屏型电流互感器一次绕组的末（地）屏必须可靠接地。套管生产厂家也无一例外地在说明书中明确要求末屏必须接地。如果由于各种原因造成末屏没有接地或接地不良，轻者将发生设备运行异响或造成开关跳闸，重者将使设备爆炸或着火，严重影响电网的安全稳定运行，而对巡视人员也是一个巨大的人身安全威胁。因此，电容式CT/套管在运行时，末屏必须可靠接地。
近年来，由于电容式CT/套管末屏接地不良而发生的开关跳闸或设备烧毁事故偶有发生。2008
年，某110kV 变电站主变高压侧CT 末屏接地小套管处突然着火，下法兰处有渗油现象，火苗越燃越大，达1m 高，接着主变三侧开关跳闸，火苗熄灭后发现末屏接地铜辫子导线已经断裂，连夜更换CT 后主变投入运行。2007年，某220kV 变电站110kV 线路CT 新安装投运不久后CT 开关跳闸，检查CT 油箱外壁温度非常高，怀疑CT 内部发生故障，后来发现CT 末屏未接地，CT 解体后发现二次绕组烧坏。2005年，某220kV 变电站220kV CT 运行中出现异响，停电检查时发现CT 末屏接线松动，末屏接地不良，重新紧固螺栓投运后恢复正常。
由此可见，电容式CT/套管的末屏接地故障的发生严重影响了电网的安全稳定运行，因此有必要分析电容式CT/套管的末屏接地故障原因，目前文献中尚未见统一的、有效的电容式CT/套管末屏接地的改进措施，本文中对如何防止发生末屏接地故障进行了初步探讨。
2原因分析
2.1
电容式CT/套管绝缘结构
油浸电容式CT/套管的主绝缘结构采用绝缘纸
64和铝箔电极交替缠绕在导电管上，组成一串同心圆柱型串联电容器，使电场分布在径向和轴向上得到了有效的均匀, 电容屏数目越多，绝缘中电场分布越均匀。主绝缘经真空干燥而除去内部空气与水分，并用变压器油充分浸渍处理后成为电气性能极高的油纸组合绝缘体，从而使绝缘耐受电压水平得到了极大提高。其中靠近高压导电部分的第一个屏为首屏，它与一次导电部分相连，最外一层屏称为末屏，通过绝缘瓷套引出接地。通过末屏可以测量其电容屏的电容量和介损，从而判断电容屏的绝缘状况，掌握绝缘性能。通过末屏测量端子能有效地发现主末屏绝缘受潮、绝缘油劣化、电容屏间开路或短路等缺陷，但运行中末屏如开路，末屏将形成高电压，极易导致设备损坏。与电磁式CT 和非电容式套管相比，电容式CT/套管具有耐压高、绝缘化材料利用率高、体积小、质量轻、性能良好和维护少等优点，在110kV 及以上电压等级的设备中，已逐步取代了电磁式CT 和非电容式套管。
2.2电路模型与原因分析
运行中的电容式CT/套管等效电路如图1a 所
示。其中R 1、C 1分别为互感器一次绕组对末屏的电阻和电容（主电容），R 2、C 2分别为末屏对地的电阻和电容。
R 1
C 1C 1U 1
U U 1
U 22R 2
C 2
C 2
（a ）等效电路（b ）简化电路
图1电容式CT/套管等效电路
Fig.1Equivalent circuit of capacitive CT/bushing
根据图1a ，末屏对地电位为：
1U 2=R +j ωC
1
1
U 1
（1）（R +jωC 1）+（+jωC 2）1R 2
当末屏可靠接地时，R 2≈0，末屏对地电位U 2≈0。当末屏接地不良或悬空时，R 2趋于无穷大，且R 1＞＞1/ωC 1，电路模型可简化为图1b ，末屏对地电位
为：
U 2=C 2U 1
（2）
12
第47
卷
一般地，电容式CT/套管的主电容C 1为数百皮法，当末屏接地不良或悬空时，末屏对地电位可高达千伏级以上，该电位足以造成末屏对地放电，烧毁附近的绝缘物，引发严重事故。
3对策探讨
引起电容式CT/套管末屏接地故障的可能原因有以下两个方面：一是末屏接地装置内部故障，即末屏与小套管内的导电杆接触不良或焊接点脱落；二是末屏接地装置外部故障，即小套管内的导电杆与外部接地部位接触故障，如外部引线断裂、悬空或接触不良等。
3.1试验检测内部故障
针对不同的故障可以在电容式CT/套管的设
计、制造、安装及运行维护等环节采取不同的防范措施。对于内部故障主要靠保证产品质量来预防，这就要求在产品的采购、监造过程中把关。同时，利用设备停电检修的机会，可以通过试验手段从以下几个方面对电容式CT/套管末屏内部故障进行检测。
（1）末屏部位的红外测温。CT/套管末屏内部断裂后，末屏上产生的高电压会产生悬浮放电，引起局部过热，红外测温能够有效地检测到这种过热现象。
（2）CT/套管的介质损耗和电容量测试。介质损耗和电容量测试不仅能有效地判断主绝缘的绝缘状况，还能有效地检测末屏内部故障。如果无法测试出
套管的介质损耗和电容量，可以怀疑末屏内部断线。
（3）末屏绝缘电阻测试。与历史数据比较，如果末屏绝缘电阻明显增大，同时与同厂家的同类型、同批次的CT/套管进行横向比较，如果某相的末屏绝缘电阻大得多，也可以怀疑是末屏内部断线。
（4）观察套管/CT绝缘电阻测试过程中的吸收
现象。正常情况下，套管/CT绝缘电阻测试过程中都有明显的吸收现象，如果吸收现象不明显或根本没有吸收现象，也能够有效地说明末屏内部故障。
综合上述几项试验结果，更能准确地判断CT/套管末屏内部故障。当发现末屏内部故障时必须停电处理，以免发生事故。
3.2末屏接地改造预防外部故障
对于外部故障主要靠运行维护来预防，特别是
外接引线式的末屏，部分电容式CT/套管的末屏都没有防雨帽、引线截面比较小，长时间运行后，引线锈蚀严重，经过多次试验的拆和接，加上设备的震动，更容易发生断裂，多股软细铜线和金属接地片形式尤其严重（见图2）。针对这一现象，我局作为设备运行维护单位，从2008年底开始，利用停电检修机
第8期莫登斌、孙小梅、雍军：电容式CT/套管末屏接地故障的原因分析及对策探讨65
会对电容式CT/套管末屏接地进行专项检查和改造，目前已完成了十几台变压器套管和近百组CT 末屏接地的检查和改造，并取得了良好效果。
图3末屏接地改造后照片
Fig.3
（a ）
金属片接地形式
Photo after improvement of earth end shield
次安全措施，试验后及时恢复，防止遗漏恢复接线。在新安装或停电检修后投运前验收时，实行标准化验收，末屏接地作为重点验收内容纳入验收程序。运行人员巡视时，加强对外部接线形式的末屏接地进行专项确认。
4结束语
运行中的电容式CT/套管末屏必须可靠接地，
（b ）多股软细铜线形式
其接地是否良好对于设备及电网的安全稳定运行至关重要。本文中笔者建立了末屏接地电路模型，分析了引起互感器末屏接地故障的原因，介绍了预防互感器末屏接地故障的改进措施。运行情况表明：对末屏接地进行专项改造后，电容式CT/套管运行良好，无末屏接地事故或异常发生，达到改造的预期目的。参考文献：
[1][2][3][4][5]
DL/T573-1995，互感器运行检修导则[S].
陈起翘.500kV 油纸电容式变压器套管绝缘损坏分析[J].电工技术，2008，（3）：22-23. 王
新. 变压器套管末屏损坏的处理及防范[J]，电力安全技术，2008，5（8）：42-43.
陈润晶，王世阁. 油浸电容式套管末屏故障分析及处理
图2末屏接地外部断裂照片
Fig.2Photo of external broken end shield
earth
position
为了防止引线断裂，在CT/套管的基础槽钢或变压器箱盖上焊接一个专用接地桩，不管设备本身的末屏接地是否良好，均在末屏接地端子上并联一根4mm 2的单芯铜导线连接至专用接地桩上，铜导线的两端用螺栓连接，以便试验时拆除，铜导线中间绕成螺旋状留有一定的裕度，以便试验拆除折断后能够继续使用。改造后的末屏接地如图3所示。
同时，为了确保电容式CT/套管末屏接地的可靠性，还必须加强运行维护管理。在设备检修时，严格执行标准化作业，检修在工序工艺流程中加入末屏接地检查或改造专项内容，并签名确认，确保责任和质量的追溯性。试验拆除引线或接地罩时采用二
收稿日期：2009-12-23
[J].变压器，2009，46（3）：43-48.
于在明，应
勇，赵义松. 一起500kV 单相主变故障原因
分析[J].东北电力技术，2008，（7）：
40-42.
作者简介：莫登斌（1982-），男，四川南充人，四川德阳电业局助理工程师，从事变电一次设备的检修管理工作。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第58页）
——温升试验最后2h 环境温度的平均θ2—
值，℃
温升试验结果：油顶层及绕组平均温升应符合
式中
Δθ=R 0（235+θ1）-（235+θ2）
1
——切断电源瞬间绕组热态电阻值，ΩR 0—
——绕组温度为θ1时绕组电阻值，ΩR 1—
——绕组冷态温度，℃θ1—
GB1208-2000有关温升限值的规定。
（待续）
第47卷第8期2010年8月
TRANSFORMER
Vol.47August No.82010
电容式CT/套管末屏接地故障的原因
分析及对策探讨
莫登斌1，孙小梅2，雍军1
（1. 四川德阳电业局，四川德阳618000；2. 四川省超高压运行检修公司，四川成都610000）摘要：分析了电容式CT/套管末屏接地故障的原因，探讨了防止故障的措施。关键词：电容式电流互感器；末屏；故障中图分类号：TM406
文献标识码：B
文章编号：1001－8425（2010）08－0063－03
Analysis and Countermeasure Discussion of Earth Fault of
Capacitive CT/BushingEnd Shield
MO Deng-bin 1, SUN Xiao-mei 2, YONG Jun 1
（1.Deyang Electric Power Bureau , Deyang 618000, China ; 2.Sichuan EHV Operation &
Maintenance Corporation, Chengdu 610000, China ）
Abstract ：The reason of earth fault of capacitive CT/bushingend shield is analyzed. The preventive measure of fault is discussed.
Key words ：Capacitive current transformer ；End shield ；Fault
1引言
电容式CT/套管利用电容分压原理调整电场，使导电管的径向和轴向电场分布更均匀，保证了设备的局部放电量很低，从而具有耐压高、体积小及性能好等优点，目前，在110kV 及以上电压等级的设备中得到了广泛应用。
电容式CT/套管的末屏通过小套管引出, 便于测量介质损耗因数和电容量, 以判断互感器的绝缘状况，但在运行中为了保证设备和人身安全，末屏又必须可靠接地。《互感器运行检修导则》明确规定：电容屏型电流互感器一次绕组的末（地）屏必须可靠接地。套管生产厂家也无一例外地在说明书中明确要求末屏必须接地。如果由于各种原因造成末屏没有接地或接地不良，轻者将发生设备运行异响或造成开关跳闸，重者将使设备爆炸或着火，严重影响电网的安全稳定运行，而对巡视人员也是一个巨大的人身安全威胁。因此，电容式CT/套管在运行时，末屏必须可靠接地。
近年来，由于电容式CT/套管末屏接地不良而发生的开关跳闸或设备烧毁事故偶有发生。2008
年，某110kV 变电站主变高压侧CT 末屏接地小套管处突然着火，下法兰处有渗油现象，火苗越燃越大，达1m 高，接着主变三侧开关跳闸，火苗熄灭后发现末屏接地铜辫子导线已经断裂，连夜更换CT 后主变投入运行。2007年，某220kV 变电站110kV 线路CT 新安装投运不久后CT 开关跳闸，检查CT 油箱外壁温度非常高，怀疑CT 内部发生故障，后来发现CT 末屏未接地，CT 解体后发现二次绕组烧坏。2005年，某220kV 变电站220kV CT 运行中出现异响，停电检查时发现CT 末屏接线松动，末屏接地不良，重新紧固螺栓投运后恢复正常。
由此可见，电容式CT/套管的末屏接地故障的发生严重影响了电网的安全稳定运行，因此有必要分析电容式CT/套管的末屏接地故障原因，目前文献中尚未见统一的、有效的电容式CT/套管末屏接地的改进措施，本文中对如何防止发生末屏接地故障进行了初步探讨。
2原因分析
2.1
电容式CT/套管绝缘结构
油浸电容式CT/套管的主绝缘结构采用绝缘纸
64和铝箔电极交替缠绕在导电管上，组成一串同心圆柱型串联电容器，使电场分布在径向和轴向上得到了有效的均匀, 电容屏数目越多，绝缘中电场分布越均匀。主绝缘经真空干燥而除去内部空气与水分，并用变压器油充分浸渍处理后成为电气性能极高的油纸组合绝缘体，从而使绝缘耐受电压水平得到了极大提高。其中靠近高压导电部分的第一个屏为首屏，它与一次导电部分相连，最外一层屏称为末屏，通过绝缘瓷套引出接地。通过末屏可以测量其电容屏的电容量和介损，从而判断电容屏的绝缘状况，掌握绝缘性能。通过末屏测量端子能有效地发现主末屏绝缘受潮、绝缘油劣化、电容屏间开路或短路等缺陷，但运行中末屏如开路，末屏将形成高电压，极易导致设备损坏。与电磁式CT 和非电容式套管相比，电容式CT/套管具有耐压高、绝缘化材料利用率高、体积小、质量轻、性能良好和维护少等优点，在110kV 及以上电压等级的设备中，已逐步取代了电磁式CT 和非电容式套管。
2.2电路模型与原因分析
运行中的电容式CT/套管等效电路如图1a 所
示。其中R 1、C 1分别为互感器一次绕组对末屏的电阻和电容（主电容），R 2、C 2分别为末屏对地的电阻和电容。
R 1
C 1C 1U 1
U U 1
U 22R 2
C 2
C 2
（a ）等效电路（b ）简化电路
图1电容式CT/套管等效电路
Fig.1Equivalent circuit of capacitive CT/bushing
根据图1a ，末屏对地电位为：
1U 2=R +j ωC
1
1
U 1
（1）（R +jωC 1）+（+jωC 2）1R 2
当末屏可靠接地时，R 2≈0，末屏对地电位U 2≈0。当末屏接地不良或悬空时，R 2趋于无穷大，且R 1＞＞1/ωC 1，电路模型可简化为图1b ，末屏对地电位
为：
U 2=C 2U 1
（2）
12
第47
卷
一般地，电容式CT/套管的主电容C 1为数百皮法，当末屏接地不良或悬空时，末屏对地电位可高达千伏级以上，该电位足以造成末屏对地放电，烧毁附近的绝缘物，引发严重事故。
3对策探讨
引起电容式CT/套管末屏接地故障的可能原因有以下两个方面：一是末屏接地装置内部故障，即末屏与小套管内的导电杆接触不良或焊接点脱落；二是末屏接地装置外部故障，即小套管内的导电杆与外部接地部位接触故障，如外部引线断裂、悬空或接触不良等。
3.1试验检测内部故障
针对不同的故障可以在电容式CT/套管的设
计、制造、安装及运行维护等环节采取不同的防范措施。对于内部故障主要靠保证产品质量来预防，这就要求在产品的采购、监造过程中把关。同时，利用设备停电检修的机会，可以通过试验手段从以下几个方面对电容式CT/套管末屏内部故障进行检测。
（1）末屏部位的红外测温。CT/套管末屏内部断裂后，末屏上产生的高电压会产生悬浮放电，引起局部过热，红外测温能够有效地检测到这种过热现象。
（2）CT/套管的介质损耗和电容量测试。介质损耗和电容量测试不仅能有效地判断主绝缘的绝缘状况，还能有效地检测末屏内部故障。如果无法测试出
套管的介质损耗和电容量，可以怀疑末屏内部断线。
（3）末屏绝缘电阻测试。与历史数据比较，如果末屏绝缘电阻明显增大，同时与同厂家的同类型、同批次的CT/套管进行横向比较，如果某相的末屏绝缘电阻大得多，也可以怀疑是末屏内部断线。
（4）观察套管/CT绝缘电阻测试过程中的吸收
现象。正常情况下，套管/CT绝缘电阻测试过程中都有明显的吸收现象，如果吸收现象不明显或根本没有吸收现象，也能够有效地说明末屏内部故障。
综合上述几项试验结果，更能准确地判断CT/套管末屏内部故障。当发现末屏内部故障时必须停电处理，以免发生事故。
3.2末屏接地改造预防外部故障
对于外部故障主要靠运行维护来预防，特别是
外接引线式的末屏，部分电容式CT/套管的末屏都没有防雨帽、引线截面比较小，长时间运行后，引线锈蚀严重，经过多次试验的拆和接，加上设备的震动，更容易发生断裂，多股软细铜线和金属接地片形式尤其严重（见图2）。针对这一现象，我局作为设备运行维护单位，从2008年底开始，利用停电检修机
第8期莫登斌、孙小梅、雍军：电容式CT/套管末屏接地故障的原因分析及对策探讨65
会对电容式CT/套管末屏接地进行专项检查和改造，目前已完成了十几台变压器套管和近百组CT 末屏接地的检查和改造，并取得了良好效果。
图3末屏接地改造后照片
Fig.3
（a ）
金属片接地形式
Photo after improvement of earth end shield
次安全措施，试验后及时恢复，防止遗漏恢复接线。在新安装或停电检修后投运前验收时，实行标准化验收，末屏接地作为重点验收内容纳入验收程序。运行人员巡视时，加强对外部接线形式的末屏接地进行专项确认。
4结束语
运行中的电容式CT/套管末屏必须可靠接地，
（b ）多股软细铜线形式
其接地是否良好对于设备及电网的安全稳定运行至关重要。本文中笔者建立了末屏接地电路模型，分析了引起互感器末屏接地故障的原因，介绍了预防互感器末屏接地故障的改进措施。运行情况表明：对末屏接地进行专项改造后，电容式CT/套管运行良好，无末屏接地事故或异常发生，达到改造的预期目的。参考文献：
[1][2][3][4][5]
DL/T573-1995，互感器运行检修导则[S].
陈起翘.500kV 油纸电容式变压器套管绝缘损坏分析[J].电工技术，2008，（3）：22-23. 王
新. 变压器套管末屏损坏的处理及防范[J]，电力安全技术，2008，5（8）：42-43.
陈润晶，王世阁. 油浸电容式套管末屏故障分析及处理
图2末屏接地外部断裂照片
Fig.2Photo of external broken end shield
earth
position
为了防止引线断裂，在CT/套管的基础槽钢或变压器箱盖上焊接一个专用接地桩，不管设备本身的末屏接地是否良好，均在末屏接地端子上并联一根4mm 2的单芯铜导线连接至专用接地桩上，铜导线的两端用螺栓连接，以便试验时拆除，铜导线中间绕成螺旋状留有一定的裕度，以便试验拆除折断后能够继续使用。改造后的末屏接地如图3所示。
同时，为了确保电容式CT/套管末屏接地的可靠性，还必须加强运行维护管理。在设备检修时，严格执行标准化作业，检修在工序工艺流程中加入末屏接地检查或改造专项内容，并签名确认，确保责任和质量的追溯性。试验拆除引线或接地罩时采用二
收稿日期：2009-12-23
[J].变压器，2009，46（3）：43-48.
于在明，应
勇，赵义松. 一起500kV 单相主变故障原因
分析[J].东北电力技术，2008，（7）：
40-42.
作者简介：莫登斌（1982-），男，四川南充人，四川德阳电业局助理工程师，从事变电一次设备的检修管理工作。
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——温升试验最后2h 环境温度的平均θ2—
值，℃
温升试验结果：油顶层及绕组平均温升应符合
式中
Δθ=R 0（235+θ1）-（235+θ2）
1
——切断电源瞬间绕组热态电阻值，ΩR 0—
——绕组温度为θ1时绕组电阻值，ΩR 1—
——绕组冷态温度，℃θ1—
GB1208-2000有关温升限值的规定。
（待续）