一次220 kV線路電流互感器二次電流異常的分析

陳 浩,王澤眾

（1.濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250022；2.華北電力大學(xué) 電氣學(xué)院，北京 102206）

0 引言

電流互感器是電力系統(tǒng)中的一種重要元件，它的主要作用是將高壓系統(tǒng)中的大電流變成可直接測(cè)量的小電流，供電力系統(tǒng)中的測(cè)量元件、計(jì)量元件和繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置使用。電流互感器一旦出現(xiàn)問題，將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)錯(cuò)誤，無(wú)法正確反映一次電流，影響繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的情況會(huì)造成繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)，給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)重要影響。案例介紹一起電流互感器發(fā)生的數(shù)據(jù)異常問題，通過對(duì)問題多方面的分析，最終找出問題原因并處理了異常，整個(gè)問題原因的分析及查找過程為電流互感器設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行方面提供了一些可供借鑒的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。

1 概述

本次CT異常問題發(fā)生在220 kV甲變電站兩條新220 kV線路送電期間。送電過程牽涉到3個(gè)變電站，即500 kV乙變電站、500 kV丙變電站、220 kV甲變電站，新建的220 kV A線、220 kV B線、220 kV C線分別是三個(gè)站之間的聯(lián)絡(luò)線。

2009年11月11日，甲變電站220kV B線、C線設(shè)備安裝試驗(yàn)工作結(jié)束，按照預(yù)定的送電計(jì)劃開始送電操作，送電后B線、C線需要測(cè)量線路保護(hù)方向、母差保護(hù)方向。按照送電措施，甲變電站將220 kV所有元件倒220 kV 1母線運(yùn)行，空出220 kV 2母線帶新出線。B線送電后，測(cè)量保護(hù)方向正確，然后將B線倒220 kV 1母線運(yùn)行。接下來(lái)進(jìn)行C線送電操作，C線由500 kV丙變電站一側(cè)充電，在甲變電站一側(cè)合環(huán)。合環(huán)后，保護(hù)班開始工作，工作任務(wù)是測(cè)量C線的兩套線路保護(hù)（型號(hào)為北京四方保護(hù)CSC-103A和CSC-101AS）和母差保護(hù)（型號(hào)為南京南瑞繼保RCS915AB）的方向是否正確。

保護(hù)班在保護(hù)裝置上檢查各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)后，交代方向正確，可以送電。

交代的測(cè)量數(shù)據(jù)如表1、表2所示，兩套保護(hù)裝置CSC-103A、CSC-101C測(cè)量數(shù)據(jù)相同。

表1 C線本身保護(hù)測(cè)方向數(shù)據(jù)

表2 母差保護(hù)顯示差流

2 異常分析與查找

2.1 數(shù)值分析

保護(hù)人員開始沒有對(duì)C相電流與A相和B相的差異引起足夠重視，只是簡(jiǎn)單核對(duì)了電壓、電流大體的相位，根據(jù)表1數(shù)據(jù)，認(rèn)為方向正確，對(duì)于表2數(shù)據(jù)，只是簡(jiǎn)單地認(rèn)為線路負(fù)荷電流較小，造成誤差過大。

運(yùn)行人員在審核檢修記錄后，對(duì)C相電流偏低及C相母差差流過大提出質(zhì)疑，保護(hù)人員重新分析檢修記錄發(fā)現(xiàn)，C相CT不僅存在大小的誤差，還存在角度誤差，而且數(shù)據(jù)均已嚴(yán)重偏離正常范圍。

從表1數(shù)據(jù)分析，電壓數(shù)據(jù)正常，因?yàn)锳相電流超前于電壓，對(duì)于甲變電站來(lái)說(shuō)，本側(cè)有功功率為受，無(wú)功功率為送，經(jīng)與計(jì)量班從電度表讀取的數(shù)據(jù)核對(duì)，方向一致，這也是保護(hù)班認(rèn)為方向正確的原因之一。

但是，認(rèn)真觀察C相電流數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)C相電流偏小，與B相相比，幅值偏離為

（1.16-0.86）/0.86=34.9%。

從表1數(shù)據(jù)可知，A、B兩相電流相位相差120°，A、B兩相電流幅值和相位與正常的正序數(shù)值偏差不大，根據(jù)A、B兩相角度，確定C相角度理論值應(yīng)約為

［（55.5-120）+（176-240）］/2=64.25°實(shí)測(cè)角度與理論值偏差為

（79.5-64.25）/64.25=23.7%

從以上分析可以判斷，C相電流比差和角差誤差均已超過10%，C相電流數(shù)據(jù)很可能存在異常。

再分析表2數(shù)據(jù)，表2顯示C相差流為0.26 A，查保護(hù)定值通知單，母差保護(hù)差流啟動(dòng)高定值為5 A，差流啟動(dòng)低定值為4.75 A，CT基準(zhǔn)變比為1 200/5，按規(guī)程規(guī)定正常情況下差流允許值為4.75×30%=1.425 A，雖然不超過允許值，但相對(duì)于A相和B相的0.01 A來(lái)說(shuō)，明顯過大。

2.2 異常分析

首先分析幅值存在過大偏差的原因，該CT的一次線圈串聯(lián)連接的變比有800/5、1 200/5，保護(hù)CT用的變比為1 200/5，若果變比接錯(cuò)，接成800/5，二次數(shù)值應(yīng)該增大而不是減小，C相電流并不是按照變比變化，因此不可能是變比接錯(cuò)。

保護(hù)人員后來(lái)懷疑線路負(fù)荷過小，實(shí)際三相負(fù)荷不平衡，造成C相電流偏小。但是該線路對(duì)側(cè)是一500 kV變電站，該線路送電后是一條環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的聯(lián)絡(luò)線，負(fù)荷不應(yīng)該如此不平衡，而且負(fù)荷并不小。

另一方面，運(yùn)行人員此時(shí)認(rèn)真查看監(jiān)控機(jī)上的遙測(cè)數(shù)據(jù)，送電時(shí)，220 kV的運(yùn)行方式是空出一條220 kV母線帶C線，220 kV母聯(lián)開關(guān)與220 kV C線開關(guān)串聯(lián)，監(jiān)控機(jī)上顯示母聯(lián)開關(guān)電流三相平衡，都為280 A，而220 kV C線A相為280 A，B相為280 A，C相為200 A，C相與A相、B相差約80 A。因?yàn)榇藭r(shí)母聯(lián)開關(guān)與220 kV C線開關(guān)的負(fù)荷應(yīng)該相同，而母聯(lián)開關(guān)是老設(shè)備，測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)該是準(zhǔn)確的，所以結(jié)論只能是C線C相CT可能存在問題。

值得一提的是，CSC-103A主保護(hù)是光纖電流差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)班沒有交代其數(shù)值，再次檢查保護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)其顯示差流如表3所示。

表3 CSC-103A顯示差流

線路電流C相差流為0.3 A，明顯比A相和B相大，查保護(hù)定值通知單，分相差動(dòng)電流低定值為0.8 A，分相差動(dòng)電流高定值為1.6 A，C相差流明顯已過大。

后檢查220 kV故障錄波器測(cè)量電流，與保護(hù)裝置測(cè)量結(jié)果一致。

220 kV C線CT是新設(shè)備，出廠檢驗(yàn)合格，現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)也未發(fā)現(xiàn)任何問題，顯示一切試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常。為查找原因，保護(hù)、運(yùn)行人員一同來(lái)到CT設(shè)備跟前，觀察設(shè)備是否有明顯異常。經(jīng)外觀檢查，CT一切正常，現(xiàn)場(chǎng)也未聽出明顯異音。

此次異常比較罕見，經(jīng)過一系列檢查后普遍的意見是CT本體可能存在問題。但是詢問廠家，廠家認(rèn)為CT本體檢測(cè)合格，不可能出現(xiàn)問題，問題可能出在變比的選擇上。變比的選擇應(yīng)與負(fù)荷相適應(yīng)，該線路的負(fù)荷較小，但是選擇的變比太大，所以造成誤差較大，應(yīng)該選擇的變比是800/5而不應(yīng)是1 200/5。但是這種說(shuō)法無(wú)法使人信服，C線線路三相CT是一樣的型號(hào)，特性不應(yīng)該出現(xiàn)如此大的差距，如果真是誤差的原因的話，這個(gè)CT也是不合格的。并且該CT如果存在如此大的誤差，很可能造成光纖電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)（C相差流為0.3 A，分相差動(dòng)電流低定值為0.8 A）。最終檢修人員決定將該CT停電進(jìn)行試驗(yàn)檢查。線路送電完畢后，運(yùn)行人員向調(diào)度匯報(bào)，檢修人員申請(qǐng)將CT停電處理，最后將C線停電。

次日，檢修人員偕同廠家技術(shù)人員對(duì)已停電的C相CT進(jìn)行檢查。先是做常規(guī)試驗(yàn)，顯示一切數(shù)據(jù)正常。因?yàn)镃T安裝位置較高，在下方無(wú)法看清CT上方的具體情況，檢修人員重新將C相CT拆卸落地檢查。CT落地后，經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，CT進(jìn)線線夾的串聯(lián)導(dǎo)電排壓接螺絲與CT一次接線端子的位置過近，如圖1。聯(lián)系線路送電時(shí)的天氣，天氣寒冷，濕度較大，端子箱甚至出現(xiàn)成片的露水，因此造成狹小的間隙發(fā)生電暈放電，一次電流被分流，造成一次安匝數(shù)減少，因此使二次電流出現(xiàn)誤差。

圖1 CT串聯(lián)示意圖

3 測(cè)量電流偏小的原理分析

該型號(hào)CT的原理圖如圖2所示。該CT有兩個(gè)一次繞組，分別為P1-P2和C1-C2，P1、P2、C1、C2是4個(gè)外部端子，通過外部的串聯(lián)導(dǎo)電排和并聯(lián)導(dǎo)電排，改變兩個(gè)一次繞組的串并聯(lián)關(guān)系，從而改變CT變比。保護(hù)線圈采用的變比為1 200/5，此時(shí)一次線圈串聯(lián)，通過串聯(lián)導(dǎo)電排將P2和C1連接起來(lái)，此時(shí)電流路徑如下，兩個(gè)一次繞組中流過的電流都是線路的負(fù)荷電流I。

圖2 CT串聯(lián)原理圖

發(fā)生電暈放電后，等效電路如圖3所示，相當(dāng)于P1與C1之間又出現(xiàn)了一個(gè)并聯(lián)支路（虛線所示），如圖，電流仍從P1流入，從C2流出，但是，流過I2的電流是不變的，仍等于線路電流I，此時(shí)因?yàn)镮1+I3=I2=I，所以流過I1的電流小于線路負(fù)荷電流I，導(dǎo)致經(jīng)過二次線圈的總磁通變小，因此測(cè)量的CT二次值變小。

圖3 發(fā)生電暈放電后的原理圖

4 問題解決

廠家人員重新糾正導(dǎo)電排的位置，并對(duì)螺栓重新了安裝，將螺絲帽朝里，如圖4和圖5所示，這樣，線夾和導(dǎo)電排之間的電氣間隙就會(huì)固定，不會(huì)因螺栓過長(zhǎng)造成放電。

圖4 螺絲向里，間隙過小

圖5 螺絲向外，間隙固定

CT處理后，線路送電，顯示一切數(shù)據(jù)正常。

5 結(jié)語(yǔ)

本次CT異常的原因較為隱蔽，主要是CT的設(shè)計(jì)和安裝工藝存在問題。廠家應(yīng)改進(jìn)CT設(shè)計(jì)，避免類似的問題出現(xiàn)，而且應(yīng)認(rèn)真培訓(xùn)安裝人員，在安裝工藝中進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定。

運(yùn)行人員、二次工作人員對(duì)于CT電流的偏差一定要引起重視，不能簡(jiǎn)單的根據(jù)電壓、電流的大體相位判斷方向正確，差動(dòng)保護(hù)也不能以沒有達(dá)到動(dòng)作定值為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差、三相數(shù)值不平衡、差流數(shù)值較大一定要查找數(shù)據(jù)差異大的原因，才能真正發(fā)現(xiàn)問題。本次案例，CSC-103主保護(hù)為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，由于C相電流異常，會(huì)造成線路兩側(cè)的保護(hù)裝置都會(huì)顯示出C相差流偏大，但是對(duì)側(cè)的保護(hù)人員并沒有發(fā)現(xiàn)CT差流的問題，也沒有向調(diào)度咨詢CT差流的原因，而是匯報(bào)一切正常。本側(cè)保護(hù)人員一開始也沒有引起足夠的重視，而是在運(yùn)行人員的疑問下才重視起CT電流偏大的問題，說(shuō)明二次工作人員一定要細(xì)心，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，否則，一次粗心，就可能將避免事故的機(jī)會(huì)給錯(cuò)過。

本次CT問題較隱蔽，常規(guī)試驗(yàn)無(wú)法發(fā)現(xiàn)問題，試驗(yàn)要求的精度并不是很高，只是核對(duì)性的，而且試驗(yàn)時(shí)不一定會(huì)發(fā)生電暈現(xiàn)象。但是通過認(rèn)真的外部檢查，還是可以發(fā)現(xiàn)的，這就要求檢修、運(yùn)行人員要熟悉設(shè)備的結(jié)構(gòu)，驗(yàn)收時(shí)執(zhí)行嚴(yán)格的檢查標(biāo)準(zhǔn)，才能及早發(fā)現(xiàn)問題。

檢修、運(yùn)行人員應(yīng)熟悉二次值的查看及分析方法，通過數(shù)據(jù)的對(duì)照分析來(lái)發(fā)現(xiàn)問題。如何通過對(duì)二次值的反復(fù)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)問題，也有過慘痛教訓(xùn)，如某變電站主變差動(dòng)保護(hù)校驗(yàn)時(shí)，對(duì)保護(hù)不熟悉，實(shí)際差流為0.01 In，保護(hù)人員以為是0.01 A，沒有發(fā)現(xiàn)差流較大，結(jié)果造成線路發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，主變保護(hù)越級(jí)掉閘。本次也是同樣問題，要對(duì)CT二次電流異常引起足夠的警惕，才能真正發(fā)現(xiàn)問題。