為了分析環(huán)境溫度變化對SF6電流互感器內(nèi)部凝結的影響，作者在不同條件下研究了SF6電流互感器內(nèi)部的未遂和相對濕度，結果表明，環(huán)境溫度的急劇變化導致設備內(nèi)部凝結。設備可能出現(xiàn)絕緣故障。

近年來，SF6電流變壓器出現(xiàn)了陶瓷外殼破裂等絕緣故障，筆者推測，SF6電流變壓器在環(huán)境變化時會在內(nèi)部發(fā)生局部凝固，從而導致SF6電流變壓器陶瓷外殼破裂。為此，筆者對環(huán)境溫度變化對SF6電流變壓器內(nèi)部未遂含量的影響進行了大量的模擬實驗。

1建立實驗模型

人工氣候室測試了不同溫度、電流下SF6電流變壓器內(nèi)部的微水，實驗裝置由110kV SF6電流變壓器(額定電流為800A，如圖1所示)、大電流發(fā)生器、露點測量儀等組成。

考慮到電流互感器內(nèi)未遂的吸附、脫吸附、冷凝、蒸發(fā)等物理特性與設備充電氣體介質(zhì)無關，以高微量壓縮空氣和低微量純N2代替SF6氣體進行研究?？諝夂蚇2的微量量如表1所示，這種方法很容易安裝含水量不同的氣體。

圖1實驗裝置示意圖

票1空氣和N2的微量量

2環(huán)境溫度變化對電流互感器內(nèi)部SF6氣體濕度的影響

2.1無電流互感器電流負載實驗

電流變壓器不能通過電流時，內(nèi)部沒有熱源，整體溫度與環(huán)境溫度一致。由于環(huán)境溫度的變化會影響電流變壓器內(nèi)部表面及絕緣材料中尾水的吸附，因此電流變壓器內(nèi)部的SF6微水含量會隨環(huán)境溫度的變化而變化。因此筆者首先驗證了電流互感器內(nèi)部表面及絕緣材料中微量吸附、脫吸附的問題。

在實驗室中分別在電流變壓器沒有負載時充電壓縮空氣和高純N2，兩種氣體體積比為1:1，壓力為0.4MPa，改變環(huán)境溫度，在不同環(huán)境溫度下測量電流變壓器的未遂值，測量結果如圖2所示。

圖2無負載情況下電流互感器內(nèi)微水量與環(huán)境溫度的關系

從結果可以看出，如果環(huán)境溫度下降，電流變壓器內(nèi)的尾水值也會減少。這是因為電流變壓器內(nèi)部表面和絕緣材料上水蒸氣的吸附和脫吸附與環(huán)境溫度有關，在一定溫度下吸附和脫吸附是平衡的。

環(huán)境溫度升高時，原來電流變壓器內(nèi)部表面和絕緣材料吸附的水釋放到電流變壓器內(nèi)部氣體中，氣體的微數(shù)量(即測量的微數(shù)量)上升，反之，環(huán)境溫度下降時氣體的微數(shù)量減少。整個過程如圖3所示。

圖3電流互感器內(nèi)微水傳輸示意圖

每次測量未遂時，電流互感器內(nèi)的氣體都會略有減少，為了嚴格驗證上述過程的存在，設計溫度恢復實驗。也就是說，測量后，將環(huán)境溫度恢復到原來的溫度，觀察尾水值的變化。結果見表2。

表2溫升試驗數(shù)據(jù)表

溫度恢復實驗表明，環(huán)境溫度降低后恢復到原始溫度時，氣體的微量量變化微乎其微。這表明電流互感器內(nèi)部是密封性良好的環(huán)境，實驗產(chǎn)生的測量誤差可以忽略不計。

上述實驗結果表明，電流變壓器內(nèi)部存在容器內(nèi)壁和絕緣材料的尾水和氣體中尾水的平衡，這種平衡受到環(huán)境溫度的影響，是可逆的。

為了確保實驗的正確性，

確性，利用低微水量的高純N2進行重復性實驗，結果現(xiàn)實與上述現(xiàn)象一致。

2.2 帶大電流負荷實驗

2.2.1 電流負荷對微水值的影響

在電流互感器內(nèi)充入較低微水量的純凈N2，首先測量氣體的微水含量，并按照國標折算到0.1MPa，20℃的標準條件下，設定不同的環(huán)境溫度，并分別給一次導桿持續(xù)通過400A、600A和800A的電流，每個不同電流階段均保持3h左右，測量電流互感器內(nèi)氣體中的微水含量，微水含量與電流負荷的關系如圖4所示。

圖4 不同電流負荷與微水量的關系圖

實驗結果表明，在通過大電流負荷后，所測得的氣體中微水含量急劇增大，且電流負荷越大，微水增加越多。

2.2.2 單個環(huán)境溫度下穩(wěn)態(tài)實驗

進行實驗時，選取環(huán)境溫度為5℃和-5℃時進行研究。設定環(huán)境溫度為5℃，將較低微水量的純凈N2注入電流互感器內(nèi)，在國標條件（0.1MPa，20℃）微水值為303 ppmv。然后在一次導桿上通過800A電流，保持環(huán)境溫度長時間不變，測量不同時間下的微水含量，結果如圖5所示。

圖5 環(huán)境溫度為5℃時微水值和相對濕度的變化曲線

從上圖可以看出，在國標條件下微水值為303ppmv的氣體，環(huán)境溫度為5℃，通過持續(xù)運行800A電流后，微水值增大到1417ppmv，同時相對濕度達到14.5%*5=72.5%。這是由于電流互感器內(nèi)壓強為0.5MPa，而測量工具露點儀的測量氣體壓強為0.1MPa，所以實際電流互感器內(nèi)的相對濕度是測量值的5倍。在運行13.5h后，微水量增加較少，接近穩(wěn)定。

設定環(huán)境溫度為-5℃，重復上一實驗的操作。測量得到在國標條件下的微水值為347 ppmv，加設大電流負荷后得到微水結果如圖6所示。

圖6 環(huán)境溫度為-5℃時微水值和相對濕度的變化曲線

環(huán)境溫度為-5℃時，長時間持續(xù)運行大電流負荷導致微水由未帶負荷時的347ppmv（0.1MPa，20℃）增加至604 ppmv（0.5MPa，-5℃），相對濕度增大至68%。

以上兩個實驗結果顯示，長時間持續(xù)大電流運行最終導致相對濕度最終能達到70%左右甚至更高。據(jù)有關研究結果，在相對濕度達到70%后，電力設備瓷件表面就有凝露的可能性，從而導致沿面閃絡電壓降低。

另外，上述兩實驗開始時微水值分別為303 ppmv（0.1MPa，20℃）和347 ppmv（0.1MPa，20℃），若增加至500ppmv左右，得到的相對濕度會更大，凝露以及由此導致絕緣性能下降的可能性會更大。

2.2.3 帶負荷時急劇降溫實驗

設定環(huán)境溫度為20℃，保持電流互感器持續(xù)通過800A電流負荷，保持一定時間直至微水值基本穩(wěn)定，而后控制人工氣候室溫度突然下降至零下，測量在降溫過程中電流互感器內(nèi)的微水值和相對濕度。

加電流前，國標條件下微水值為314ppmv，環(huán)境溫度由20℃急劇降至-10℃。降溫開始后15min內(nèi)連續(xù)測量微水值和相對濕度，降溫1h后每隔一小時測一組數(shù)據(jù)。測得微水值和相對濕度隨時間的變化如圖7所示。

圖7 急劇降溫時微水值與相對濕度隨時間變化曲線圖（314ppmv）

從上述結果中可以看出，在降溫開始的前30min內(nèi)，微水值與相對濕度均在急劇下降，而在30min后，微水值變化很小，幾乎保持不變，而相對濕度開始逐漸增大，在3.5h后逐漸穩(wěn)定。穩(wěn)定后的相對濕度約為70%至80%間。

有資料顯示，相對濕度達到70%就有凝露的可能性。因而，此種情況下很有可能是電流互感器內(nèi)部產(chǎn)生局部凝露。由于環(huán)境溫度下降至-10℃，在降溫過程中，很有可能存在部分區(qū)域的水蒸氣在相對濕度達到70%左右直接在材料內(nèi)表面凝結為霜或者冰，導致相對濕度不再增長。從而達不到100%。

在上一實驗的基礎上，提高電流互感器所處的環(huán)境溫度，直至升至0℃，同時測量其微水值和相對濕度相應的變化情況，得到結果圖8所示：

圖8 急劇降溫時微水值與相對濕度隨時間變化曲線圖

從曲線圖中可以看出在環(huán)境溫度由-10℃回升至0℃時，在前30min內(nèi)相對濕度會暫時性的急劇增大，甚至達到100%，略微超過100%部分是由于測量放氣導致電流互感器內(nèi)壓強略微小于0.5MPa，這說明微水值逐漸增加。

在30min后，相對濕度開始減小，微水值增加速度減小。這種現(xiàn)象說明在環(huán)境溫度維持在-10℃時，電流互感器內(nèi)部分區(qū)域的微水直接在材料內(nèi)表面凝結成細小霜或者冰膜，當環(huán)境溫度回升時，這些細微的冰膜或者霜層就開始融化，變成水蒸汽或是細微水膜，而此時氣體的溫度還沒有升上去，導致在局部地區(qū)相對濕度暫時性增大，甚至達到100%。

當環(huán)境溫度上升并維持在0℃時，隨時間的推移，氣體溫度逐漸升高，電流互感器內(nèi)微水又開始因不同區(qū)域的溫度開始遷移從而達到平衡，使得溫度較低區(qū)域的微水逐漸遷移到溫度較高區(qū)域，從而導致相對濕度開始下降，直至達到環(huán)境溫度為0℃時的平衡。

在重復性實驗中，亦得到在環(huán)境溫度由-10℃回升至0℃時，相對濕度在升溫的前30min內(nèi)由67%上升至92%。

以上兩種實驗說明在急劇降溫時，特別是環(huán)境溫度降至零度以下時，確實存在局部水分凝結。由于此時微水凝結成固體，覆蓋在電流互感器內(nèi)表面上，故對其絕緣不會產(chǎn)生較大影響。但如果環(huán)境溫度再回升時，就會導致部分凝結的固體開始融化成水蒸汽或是液態(tài)水膜，從而容易引起絕緣事故。

3 結論

（1）電流互感器內(nèi)存在微水與內(nèi)表面及絕緣材料中吸附微水的平衡，而這種平衡由環(huán)境溫度決定。

（2）在電流互感器帶大電流負荷運行時，由于在內(nèi)部建立起溫度場，導致其內(nèi)部微水由溫度高區(qū)域向溫度低區(qū)域遷移，從而使得溫度低區(qū)域的微水含量急劇增大。

（3）在國標允許的微水含量范圍內(nèi)，在某個環(huán)境溫度下因帶大電流負荷運行而使得相對濕度達到70%及以上時，存在由于凝露的造成絕緣故障的可能性。

（4）在國標允許的微水含量范圍內(nèi)，電流互感器帶大電流負荷運行時，若環(huán)境溫度急劇下降至零度以下時，則其內(nèi)部相對濕度可達到70%及更高，會產(chǎn)生局部凝霜的現(xiàn)象。當環(huán)境溫度回升至零度以上的過程中，其內(nèi)部氣體相對濕度暫時性急劇增加，可達到100%。

（編自《電氣技術》，標題為“環(huán)境溫度變化對SF6電流互感器內(nèi)部凝露影響的研究”，作者為李秀廣、韓四滿 等。）