一起電流互感器二次回路開路故障分析與處理

丁 冬，馬 偉，吳 靖，林 森，林偉力

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州供電公司，杭州 310009）

0 引言

TA（電流互感器）的作用是將一次大電流轉(zhuǎn)變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)小電流，其一次繞組與主電路串聯(lián)，二次繞組串接于保護、測量、計量等回路，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要元件[1－5]。

在電網(wǎng)實際運行中，由于客觀原因或人為因素發(fā)生了多起TA帶電運行時二次回路開路故障，給電力系統(tǒng)運行帶來了嚴(yán)重的安全隱患和經(jīng)濟損失[6]。文獻[7]分析了一起二次回路接觸不良引起發(fā)電機差動保護誤動的事故，提出了排查TA二次回路接觸不良的方法。文獻[8]分析了一起大型水電站機組保護裝置的電流二次回路開路故障，提出了其他水電站采用同類型保護時的接線優(yōu)化方案。文獻[9]定性分析了二次回路開路對發(fā)電機負(fù)序電流保護裝置和縱差保護裝置誤動作的風(fēng)險，介紹了TA二次回路斷線保護的方案。文獻[10]建立了二次回路相間短路的等值電路和相量圖，分析了經(jīng)過渡電阻短路對保護裝置電流采樣和差動保護的影響。

以下介紹了一起某變電站中主變壓器（簡稱主變）保護裝置二次電流回路開路故障。通過對電流二次接線具體分析，在辨識開路故障點的基礎(chǔ)上提出了3種解決方案。同時，為避免TA二次回路開路故障對人身、電網(wǎng)和設(shè)備安全帶來危害，提出了相應(yīng)的防范措施。

1 故障案例

某220 kV變電站的主變?yōu)槿ψ?，各?cè)額定電壓分別為220 kV，110 kV和35 kV，保護配置為“雙套電氣量+單套非電氣量”。2017年，為配合主變保護裝置35 kV側(cè)二次回路搭接工作，運行人員依調(diào)度命令將主變35 kV側(cè)斷路器停電，220 kV與110 kV側(cè)斷路器帶電運行；同時，將第一套電氣量保護改停用狀態(tài)，而第二套電氣量保護和非電量保護投跳閘狀態(tài)。

當(dāng)?shù)谝惶纂姎饬勘Ｗo35 kV側(cè)斷路器二次回路搭接完成后，專業(yè)人員在戶外端子箱對電流回路進行單相通流試驗時，發(fā)現(xiàn)在保護屏后利用鉗形表測得電流為0 A。在排除試驗儀器故障的因素后，初步判斷為電流二次回路存在異常。后經(jīng)分析，確定主變保護裝置的電流二次回路存在開路故障。

1.1 原因分析

主變保護裝置電流二次回路實際接線情況如圖1所示。其中，保護屏后端子排4—7外側(cè)用電流連片短接，端子排8內(nèi)側(cè)是根據(jù)國網(wǎng)公司反措要求的一點接地位置[11]。

當(dāng)主變某側(cè)斷路器電流投入保護裝置時，按照運行規(guī)程需將保護屏前與其對應(yīng)的電流試驗端子用短接件分別進行短接，即SDA1與SDA2，SDB1與SDB2，SDC1與SDC2，SDN1與SDN2分別短接，且SDA2與SDB2，SDB2與SDC2，SDC2與SDN2斷開。此時，TA二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護裝置→保護屏后端子4→端子箱N相，電流二次回路處于閉環(huán)狀態(tài)。其中，A相電流流通路徑如圖1中實線箭頭所示。

當(dāng)主變某側(cè)斷路器電流不投入保護裝置時，按照運行規(guī)程需將保護屏前與其對應(yīng)的電流試驗端子用短接件分別進行短接，即SDA2與SDB2，SDB2與SDC2，SDC2與SDN2分別短接，且SDA1與 SDA2，SDB1與 SDB2，SDC1與 SDC2，SDN1與SDN2斷開。此時，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護屏后端子8，電流無法流回端子箱N相，電流二次回路處于開路狀態(tài)。其中，A相電流流通路徑如圖1中虛線箭頭所示。

圖1 現(xiàn)場電流二次接線情況

1.2 電流二次回路開路的危害

主變的斷路器若在停電狀態(tài)下，其電流二次回路開路并不影響系統(tǒng)運行。而該故障案例中，由于220 kV與110 kV側(cè)斷路器帶電，運行人員按照操作票將220 kV和110 kV側(cè)電流退出第一套電氣量保護裝置后，導(dǎo)致220 kV和110 kV側(cè)二次電流繞組開路，會嚴(yán)重威脅人身、電網(wǎng)和設(shè)備的安全。具體分析如下：

電流二次回路閉環(huán)狀態(tài)下，TA二次繞組接近于短路狀態(tài)，二次電流對一次電流產(chǎn)生去磁作用，勵磁電流小，鐵心中總磁通??；二次回路開路狀態(tài)下，TA空載運行，一次電流作為勵磁電流，使鐵心內(nèi)的磁通密度劇增。

一方面，二次側(cè)將感應(yīng)出很高的電壓，可能使絕緣擊穿（如燒壞電流端子及接線頭等），威脅作業(yè)人員的安全。根據(jù)電流二次回路開路電壓計算公式[12]估算可知，故障案例中主變保護裝置電流回路開路故障時，開路電壓最大可達103V數(shù)量級。

另一方面，因鐵心磁飽和以及磁通的非正弦性，使硅鋼片振蕩而且振蕩不均勻，影響TA的性能，同時發(fā)出較大的噪聲。當(dāng)負(fù)荷較大時，鐵耗增加，導(dǎo)致鐵心過熱，使內(nèi)部絕緣層受熱嚴(yán)重，出現(xiàn)發(fā)熱、異味、冒煙等異常現(xiàn)象，嚴(yán)重時燒毀TA。所幸當(dāng)時運行狀態(tài)下主變負(fù)載較小，并未引起設(shè)備嚴(yán)重故障。

2 故障處理

根據(jù)1.1節(jié)中的原因分析，引起此起電流二次回路故障的本質(zhì)原因是由于保護屏前電流試驗端子SDN1接線誤接在TA側(cè)，而將SDN2接線誤接在保護側(cè)，與相電流接線不一致引起。對此，提出以下3種解決方案。

（1）方案1：更改保護屏后電纜接線。

將端子箱至保護屏后端子排的電流N相電纜從端子4移至端子8，如圖2所示。主變某側(cè)斷路器電流投入保護裝置時，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護裝置→保護屏后端子排→保護屏前電流端子SDN1→保護屏前電流端子SDN2→保護屏后端子8→端子箱N相；不投入保護裝置時，二次電流流通路徑為端子箱→保護屏后端子排→保護屏電流試驗端子SDN2→保護屏后端子8→端子箱N相，二次電流回路始終處于閉環(huán)狀態(tài)。

圖2 電纜接線更改方案

（2）方案2：更換電流短接連片。

將保護屏后端子排上端子4—8短接，而保護屏端子排外接電纜接線方式保持不變，見圖3。

圖3 電流短接連片更改方案

主變某側(cè)斷路器電流投入保護裝置，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護裝置→保護屏后端子4→端子箱N相；不投入保護裝置時，二次電流流通路徑為端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子SDN2→保護屏后端子4→端子箱N相，二次電流回路始終處于閉環(huán)狀態(tài)。

（3）方案3：更改運行操作票。

修改運行操作票，無論主變某側(cè)斷路器電流是否投入保護裝置，保持保護屏前電流試驗端子SDN1與SDN2始終為短接狀態(tài)。主變某側(cè)斷路器電流投入保護在裝置時，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護裝置→保護屏后端子4→端子箱N相；不投入保護裝置時，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流端子SDN2→保護屏前電流試驗端子SDN1→保護屏后端子4→端子箱N相，二次電流回路始終處于閉環(huán)狀態(tài)。

上述3種解決方案中，方案1和方案2是通過更改二次電纜接線方式實現(xiàn)，方案3是更改運行操作票實現(xiàn)。此外，也可以采取更改廠家接線的方式實現(xiàn)，此處不再贅述。需注意的是，在實施解決方案前，應(yīng)事先做好安全措施，如在端子箱中用短接線將電流端子1—4短接時，應(yīng)注意仔細(xì)核對繞組組別，防止弄錯組別引起其他保護裝置誤動或表計失電等。在實施解決方案過程中，工作人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工作監(jiān)護制度，與帶電部分保持足夠的安全距離。

3 防范措施

3.1 暴露問題

此次TA電流二次回路開路故障隱蔽性強，僅在主變某側(cè)斷路器電流退出保護裝置的情況下發(fā)生，是由于專業(yè)人員對保護裝置運行方式考慮不周全引起。

（1）設(shè)計人員在圖紙設(shè)計過程中，沒有認(rèn)真分析保護裝置二次接線原理圖、廠家配線圖，未發(fā)現(xiàn)二次電流在投入和不投入保護裝置的情況下N相電流回路的差異性。

（2）檢修人員在施工過程中，沒有仔細(xì)核對圖紙是否與現(xiàn)場情況一致，未指出在斷路器帶電但其二次電流不投入保護裝置的情況下，二次回路設(shè)計圖紙上存在的錯誤。

（3）運行人員編寫運行規(guī)程時，沒有結(jié)合現(xiàn)場實際接線情況，未全面考慮到主變保護裝置的特殊運行方式。

3.2 防范措施

為避免TA二次回路開路對人身、電網(wǎng)和設(shè)備造成傷害，應(yīng)加強設(shè)計、調(diào)試、運行等各環(huán)節(jié)的管理，嚴(yán)格遵守規(guī)程規(guī)定。

（1）對于設(shè)計人員，圖紙設(shè)計前應(yīng)事先做好現(xiàn)場勘查，明確與擴建或技改工程相關(guān)的二次回路實際接線方式；圖紙設(shè)計過程中應(yīng)仔細(xì)閱讀保護裝置接線原理圖、廠家配線圖，正確合理地設(shè)計二次接線圖紙，確保在各種運行狀態(tài)下均不會出現(xiàn)二次回路開路故障。

（2）對于檢修人員，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際，認(rèn)真分析接線圖紙的正確性，接線時做到電纜兩頭電氣編號、回路編號一致，保證每根電纜接線都符合圖紙要求。同時，在調(diào)試過程中應(yīng)采用多種檢測手段來確保電流回路接線的正確性，如采用通流試驗法和阻值測量法，確保投運后在不同運行方式下均不會產(chǎn)生開路故障。此外，在相關(guān)工作結(jié)束后，應(yīng)認(rèn)真檢查電流連接片是否恢復(fù)，電流端子是否連接良好，螺絲是否緊固等。

（3）對于運行人員，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際接線，針對不同情況具體分析，編寫與運行方式對應(yīng)的運行操作規(guī)程。面對不確定或不明確的接線情況，可與檢修人員進一步溝通。同時，考慮到電流端子受外部環(huán)境影響，或者存在結(jié)構(gòu)、質(zhì)量缺陷，長期運行過程中易導(dǎo)致二次回路開路；避免專業(yè)人員人為原因引起的電流二次回路開路，如電流端子接線螺絲未擰緊或工作后忘記恢復(fù)已打開的電流端子等情況，還應(yīng)加強日常巡視檢查、紅外測溫檢查[13]。

另外，可運用TA二次回路開路保護裝置創(chuàng)新成果，充分發(fā)揮其預(yù)防作用。近年來，專業(yè)人員基于電流二次回路開路故障時產(chǎn)生的過電壓，設(shè)計研制了多種二次回路開路保護裝置[14－15]，當(dāng)發(fā)生開路故障時，能正確顯示開路的組別及繞組編號，為快速消除開路情況提供了有利條件。工程應(yīng)用表明，利用TA二次回路開路保護裝置有助于消除安全隱患，減輕現(xiàn)場人員工作壓力，提升專業(yè)人員工作效率。

4 結(jié)語

結(jié)合一起變電站主變保護裝置電流二次回路開路故障，對電流二次回路接線進行分析并識別了故障位置，提出了3種具體解決方案。同時，鑒于TA二次回路開路故障對電力系統(tǒng)影響嚴(yán)重，結(jié)合該起事故暴露的問題，提出了避免電流二次回路開路的防范措施，可供專業(yè)人員借鑒參考。

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