一種獨(dú)立式電流互感器故障分析及解決辦法

張超軍，賀永明，趙建磊，王紅慶

（平高集團(tuán)有限公司，河南 平頂山 467001）

0 引言

電流互感器是一種用作變換電流的特種變壓器，在正常工作條件下，其二次電流與一次電流成正比，當(dāng)線路一次電流發(fā)生變化時(shí)，互感器通過(guò)二次電流的變化，把信息傳遞給測(cè)量?jī)x器、儀表和繼電保護(hù)裝置，因此穩(wěn)定可靠的電流互感器能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)線路狀況、識(shí)別故障電流[1]。反之電流互感器出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致無(wú)法正確監(jiān)測(cè)一次電流的變化，影響測(cè)量的精度及繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。本案例介紹了一起500 kV獨(dú)立式電流互感器二次電流輸出三相不平衡的異常問(wèn)題，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析，最終找到問(wèn)題的原因，并進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，最終解決二次電流三相不平衡問(wèn)題。

1 概述

據(jù)某變電站二期（如圖1）用戶反映，LVQBT—5O0型電流互感器在運(yùn)行過(guò)程中A相二次電流與B、C兩相相比偏低（三相電流不平衡），其中A相二次不平衡電流誤差最大達(dá)到9.16%，測(cè)試數(shù)值如表1.

表1 現(xiàn)場(chǎng)三相電流測(cè)試數(shù)據(jù)

圖1 互感器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行照片

對(duì)于互感器三相電流不平衡，首先應(yīng)檢測(cè)是否系統(tǒng)一次電流不平衡，從電網(wǎng)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)各相保護(hù)、接地及運(yùn)行負(fù)荷均未見(jiàn)異常，一次電流三相平衡，于是排查不平衡相電流互感器，經(jīng)巡查發(fā)現(xiàn)A相電流互感器進(jìn)線端子與密封法蘭固定螺栓疑似有不可靠連接，具體見(jiàn)圖2、圖3.

圖2 故障相疑似分流點(diǎn)

圖3 故障相疑似分流點(diǎn)

550 kV電流互感器一次導(dǎo)體通常有串聯(lián)和并聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)，電站建設(shè)初期容量不大，一般采用一次導(dǎo)體并聯(lián)結(jié)構(gòu)，隨著用戶的增多，電站容量的增加，一次導(dǎo)體采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)（在不更換互感器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了容量的提升）。該故障相互感器一次繞組為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4所示，P1端為一次電流進(jìn)線端，P2為出線端，一次導(dǎo)體項(xiàng)3（內(nèi)導(dǎo)體）與項(xiàng)6（外導(dǎo)體）從項(xiàng)11（二次線圈）中穿過(guò)，二次線圈布置在項(xiàng)1（外筒體）內(nèi)，一次導(dǎo)體為并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠有效地提升通流能力，項(xiàng)3（內(nèi)導(dǎo)體）與項(xiàng)6（外導(dǎo)體）為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其之間通過(guò)項(xiàng)4（絕緣套）、項(xiàng)7（絕緣套）進(jìn)行絕緣，正常電流流通路徑見(jiàn)圖4箭頭方向所示。

圖4 互感器一次并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

在A相電流互感器退出運(yùn)行后，進(jìn)行相關(guān)誤差測(cè)量，以驗(yàn)證以上推論，本站互感器一次繞組為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，若P1進(jìn)線端接線端子與密封法蘭的固定螺栓相連，會(huì)引起一次電流通過(guò)筒體分流，經(jīng)過(guò)線圈的一次電流變小，從而二次輸出電流變小，造成三相電流的不平衡。根據(jù)一次、二次電流進(jìn)行變比反推，電流變比顯示為：2500/1，與實(shí)際出廠時(shí)產(chǎn)品變比不符（出廠參數(shù)：變比為：2000/1，0.2S級(jí)，40VA）。為了驗(yàn)證以上推斷，模擬可能存在的三種情況對(duì)故障A相電流互感器進(jìn)行誤差測(cè)量，三種情況分別為進(jìn)線端子與密封法蘭處螺栓按正常連接、不可靠連接、緊密連接三種情況，試驗(yàn)結(jié)果如下，測(cè)試?yán)@組選擇其中一對(duì)7S1-7S2進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 誤差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

從以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以看到，在正常狀態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)符合0.2S級(jí)誤差要求，不可靠連接狀態(tài)測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)類似，驗(yàn)證了以上判斷，而可靠連接狀態(tài)誤差太大，遠(yuǎn)超正常運(yùn)行情情況下誤差限值。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證以上測(cè)試結(jié)論。需要排除電流互感器二次線圈與屏蔽罩之間及二次線圈匝間絕緣問(wèn)題，于是解體檢查，拆除P1端蓋板，觀察筒體內(nèi)部屏蔽罩狀況，屏蔽罩與二次線圈之間無(wú)接觸，不存在分流，具體見(jiàn)圖5。拆除筒體內(nèi)屏蔽罩，查看內(nèi)部二次線圈狀況，二次線圈無(wú)破損，匝間絕緣良好，具體見(jiàn)圖6，通過(guò)以上解體分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述推論。

圖5 內(nèi)部屏蔽罩檢查圖

圖6 內(nèi)部線圈檢查圖

3 原因分析

故障相電流互感器為一次并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于P1端一次進(jìn)線接線端子與筒體密封法蘭的固定螺栓的不可靠連接，導(dǎo)致一次電流部分通過(guò)外筒體流向P2端，產(chǎn)生分流，分流路線為：P1端電流經(jīng)一次接線板、螺栓、筒體流向P2端，不經(jīng)過(guò)互感器二次線圈，而互感器正常運(yùn)行過(guò)程中是不允許分流的，這種不可靠連接，除了造成三相電流不平衡，長(zhǎng)期運(yùn)行還會(huì)造成筒體發(fā)熱，溫升超標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展會(huì)出現(xiàn)使絕緣件老化等嚴(yán)重后果[2]。

由于電流互感器出廠及運(yùn)行初期，進(jìn)線接線端子與密封法蘭固定螺栓處存在較小間隙，并無(wú)分流現(xiàn)象，隨著負(fù)荷的增大，運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，電流的熱效應(yīng)，導(dǎo)致密封法蘭處絕緣套（圖3中項(xiàng)10）產(chǎn)生變形，使本來(lái)就不大的螺栓間隙變的更小，直至連接，螺栓與進(jìn)線端子連接，致使分流現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)外顯示A相與B、C兩相相比出現(xiàn)電流偏差，三相電流不平衡。

4 解決辦法及驗(yàn)證

對(duì)于故障相外筒體分流問(wèn)題，可以通過(guò)減小進(jìn)線端子與外導(dǎo)體接觸寬度，以實(shí)現(xiàn)增大接線端子與密封法蘭固定螺栓之間的距離，另外也可以通過(guò)加大密封法蘭處絕緣套的長(zhǎng)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)增加進(jìn)線端子與密封法蘭固定螺栓之間的距離，第一種方法會(huì)造成進(jìn)線端子與外導(dǎo)體接觸面積減小，使接觸電阻增大，主導(dǎo)電回路有改動(dòng)，不利于產(chǎn)品長(zhǎng)期通流及安全運(yùn)行，第二種方法簡(jiǎn)單容易操作，且主導(dǎo)電回路沒(méi)有改動(dòng)，綜合比較分析，認(rèn)為增大密封法蘭處絕緣套長(zhǎng)度方法更優(yōu)，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7，對(duì)絕緣套增加長(zhǎng)度18 mm，完成裝配后，密封法蘭固定螺栓與進(jìn)線端子的安全距離為18 mm（原距離為6 mm）。

圖7 改進(jìn)后結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的電流互感器有效解決了，因電流熱效應(yīng)造成的密封法蘭固定螺栓與進(jìn)線端子之間接觸的問(wèn)題，避免了一次電流通過(guò)外筒體的分流，提高了互感器運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證了互感器二次輸出的三相平衡，對(duì)改進(jìn)結(jié)構(gòu)的互感器進(jìn)行誤差測(cè)試，測(cè)試?yán)@組選擇7S1-7S2，數(shù)據(jù)見(jiàn)下表3.

表3 誤差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

測(cè)量誤差值均滿足0.2S級(jí)電流互感器誤差要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)改進(jìn)的合理性。

5 結(jié)束語(yǔ)

某電站巡檢時(shí)，測(cè)量設(shè)備報(bào)警，發(fā)現(xiàn)A相二次電流比B、C兩相偏小，停電檢修發(fā)現(xiàn)A相電流互感器一次導(dǎo)體存在分流點(diǎn)，通過(guò)誤差測(cè)量驗(yàn)證及解體分析驗(yàn)證了判斷的正確性。通過(guò)加大絕緣套的長(zhǎng)度，確保進(jìn)線端子與密封法蘭固定螺栓之間安全距離，有效解決了上述問(wèn)題，后經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證三相電流平衡，誤差也均在要求范圍內(nèi)，有效地避免了因絕緣套受熱變形帶來(lái)的不可靠連接問(wèn)題，避免了二次電流三相不平衡的問(wèn)題。