一起500kV電流互感器故障原因診斷分析

鄭曉瓊，嚴(yán)太山，熊澤群，占曉友，徐文婷，史鐘玉

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥 230061)

電流互感器是測(cè)量主變、斷路器等設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行電流的重要元件，它通過一定比例將一次大電電流互感器換成二次小電流，并傳輸給相關(guān)的保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)化裝置、電度表等二次設(shè)備[1-2]。電流互感器運(yùn)行狀況的好壞不僅關(guān)系到一次設(shè)備安全運(yùn)行水平，還關(guān)系到相關(guān)二次設(shè)備的運(yùn)行狀況。電流互感器的故障一般可分為電流互感器內(nèi)部故障和外部故障，內(nèi)部故障一般由于繞組絕緣擊穿、滲油、漏氣等原因造成[3]，外部故障往往是由于連接線夾接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱等因素造成。近年來，電流互感器因設(shè)備質(zhì)量問題和工藝不過關(guān)等因素，電流互感器故障引起停電事故的案例頻發(fā)，給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和安全供電帶來負(fù)面影響。

1 故障前運(yùn)行方式

某變電站500kV系統(tǒng)采用3/2接線方式，具體接線如圖1所示，故障前2臺(tái)主變、4條線路及500kV開關(guān)均為正常運(yùn)行狀態(tài)。

2 故障現(xiàn)象及保護(hù)動(dòng)作行為分析

2019年1月22日13:29，某500kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)500kVⅡ母線母差保護(hù)、2號(hào)主變保護(hù)、5023開關(guān)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，后臺(tái)監(jiān)控屏顯示5012、5023、5043、5053開關(guān)、5022開關(guān)、2號(hào)主變中壓側(cè)4802開關(guān)跳閘，開關(guān)位置在分閘位置。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備檢查情況

變電站運(yùn)維人員立即到現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)5023開關(guān)B相電流互感器本體發(fā)生爆炸起火現(xiàn)象，5012、5023、5043、5053開關(guān)以及2號(hào)主變5022開關(guān)、4802開關(guān)均跳閘，現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)位置在分閘位置?，F(xiàn)場(chǎng)電流互感器故障情形及處理場(chǎng)景如圖2所示。

圖1 某變電站500kV部分設(shè)備一次接線圖

圖2 電流互感器故障現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)動(dòng)作情況及分析

2.2.1 500kVⅡ母線第一套母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

500kVⅡ母線第一套母線差動(dòng)保護(hù)裝置的型號(hào)為PCS-915C-DA-G，在本次故障中未動(dòng)作出口。500kVⅡ母線第一套母差保護(hù)錄波分析如圖3所示，其中第一幅圖中的綠色波形為制動(dòng)電流，紅色波形為差動(dòng)電流；第二幅圖的動(dòng)作標(biāo)志從上到下依次為差流啟動(dòng)標(biāo)志、穩(wěn)態(tài)量比率差動(dòng)（0.5）動(dòng)作標(biāo)志及諧波抗飽和判據(jù)動(dòng)作標(biāo)志。

圖3 500kVⅡ母線第一套母差保護(hù)錄波分析圖

由錄波分析圖可見故障起始第一個(gè)周期差動(dòng)電流小，制動(dòng)電流相對(duì)較大，因此，變化量比率差動(dòng)動(dòng)作條件不滿足。從保護(hù)啟動(dòng)開始只開放一個(gè)周波，第二個(gè)周波變化量比率差動(dòng)保護(hù)被閉鎖，變化量比率差動(dòng)未及時(shí)動(dòng)作是第一套母差保護(hù)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度較慢的原因。

2.2.2 500kVⅡ母線第二套母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

Ⅱ母線差動(dòng)保護(hù)型號(hào)為NSR-371C-DA-G，差動(dòng)啟動(dòng)定值設(shè)為0.7A，接入5012、5023、5043、5053支路，TA變比均為4000/1，基準(zhǔn)TA變比為4000/1。該保護(hù)于13:29:44.573動(dòng)作，跳該母線上所有開關(guān)。從錄波中可以看出，5023支路B相發(fā)生故障，13:29:44.573—13:29:44.578期間，制動(dòng)電流明顯上升，但母線保護(hù)三相均無(wú)差流，表明此時(shí)發(fā)生了母線區(qū)外故障。從13:29:44.578起，母線保護(hù)出現(xiàn)差流，且各支路波形良好無(wú)明顯畸變，此時(shí)母線區(qū)外故障性質(zhì)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障。B相差動(dòng)保護(hù)中的差流和制動(dòng)電流情況如圖4所示，其中Y軸為差流，X軸為制動(dòng)電流，動(dòng)作點(diǎn)與比率制動(dòng)曲線的位置位于動(dòng)作區(qū)，可見，500kVⅡ母線第二套母線差動(dòng)保護(hù)跳閘為正確動(dòng)作行為。

本次故障為區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)的轉(zhuǎn)換性故障，突變量差動(dòng)未能動(dòng)作，由采樣值差動(dòng)完成差動(dòng)保護(hù)的出口動(dòng)作，因此動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。該母線保護(hù)的整組動(dòng)作時(shí)間是從保護(hù)啟動(dòng)開始計(jì)時(shí)，本次故障過程中，先發(fā)生的區(qū)外故障使保護(hù)啟動(dòng)，5ms左右后轉(zhuǎn)換為區(qū)內(nèi)故障，之后12ms的時(shí)間內(nèi)，采樣值差動(dòng)的比率制動(dòng)特性（采樣值差流與0.5倍的采樣值制動(dòng)電流比較）一直不滿足，保護(hù)判斷為區(qū)外故障分流導(dǎo)致。直到37ms，差流達(dá)到動(dòng)作值，采樣值差動(dòng)的比率制動(dòng)特性滿足，采樣值差動(dòng)動(dòng)作。

圖4 500kVⅡ母第二套母差保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻的比率制動(dòng)曲線

2.2.3 2號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作情況

2號(hào)主變第一套差動(dòng)保護(hù)（RCS-978)于13:29:44.570啟動(dòng)，3ms分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，17ms分側(cè)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障相別為B相故障，差動(dòng)電流5.031A。2號(hào)主變第二套分相電流差動(dòng)保護(hù)（CSC-103A）13:29:44.570啟動(dòng)，10ms分相差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作，故障相別為B相，差動(dòng)電流6.156A。

3 故障原因分析

本次出現(xiàn)故障的AGU-550型電流互感器于2018年6月16日投入運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行后歷次巡視及帶電檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)異常。該電流互感器設(shè)備結(jié)構(gòu)類型油浸倒置式，電流互感器頭部?jī)?chǔ)油柜采用鑄鋁件，其內(nèi)裝有二次器身，一次導(dǎo)電桿從二次器身的鐵芯中穿過，設(shè)備的主絕緣主要由若干個(gè)電容屏組成，該電流互感器頭部頂端設(shè)置有不銹鋼膨脹器，二次端子板采用整體澆筑方式。

通過對(duì)B相故障電流互感器進(jìn)行外觀檢查，互感器器身頂部絕緣燒毀嚴(yán)重，只剩下儲(chǔ)油柜和上儲(chǔ)油柜殘片，如圖5所示。對(duì)互感器進(jìn)行進(jìn)一步解體診斷，發(fā)現(xiàn)一次導(dǎo)體鋁管彎曲變形嚴(yán)重，中間部位有明顯放電點(diǎn)及燒灼痕跡，二次繞組屏蔽鋁殼對(duì)應(yīng)位置有明顯放電點(diǎn)及燒灼痕跡，兩處放電點(diǎn)之間的絕緣被擊穿。

圖5 故障電流互感器殘余儲(chǔ)油柜

器身吊出后檢查，器身三角區(qū)無(wú)擠壓痕跡，直線段最外層電容屏褶皺嚴(yán)重，如圖6所示。二次引接線鋁管底部固定器身用絕緣法蘭斷裂，底座法蘭表面有放電痕跡，其他部位未見異常。根據(jù)故障電流互感器解體檢查情況及試驗(yàn)結(jié)果，分析此次故障原因?yàn)樵撆_(tái)電流互感器由于生產(chǎn)工藝質(zhì)量控制不到位，電流互感器頭部二次繞組屏蔽鋁殼對(duì)接處絕緣油紙包扎工藝不過關(guān)，存在損傷，氣泡積聚引起電場(chǎng)畸變局部放電，長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致絕緣擊穿，造成故障發(fā)生，故障產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力導(dǎo)致絕緣法蘭斷裂。

圖6 故障電流互感器直線段最外層電容屏

4 改善措施

針對(duì)本次電流互感器故障，結(jié)合其運(yùn)行環(huán)境和設(shè)備特點(diǎn)，從設(shè)備專業(yè)巡檢、元件防爆改造、固化工藝流程3個(gè)方面采取改善措施。

對(duì)同廠家同型號(hào)電流互感器開展巡檢排查，內(nèi)容包括產(chǎn)品外觀、異常聲音、膨脹器油位高度、注放油閥滲漏油、二次端子盒密封等狀況檢查，結(jié)合設(shè)備紅外測(cè)溫、油色譜分析等手段，結(jié)合機(jī)器人聯(lián)合巡檢，對(duì)易發(fā)熱和缺陷部位進(jìn)行跟蹤周期性監(jiān)測(cè)。

及時(shí)開展對(duì)該型號(hào)電流互感器膨脹器的防爆改造工作，尤其是發(fā)現(xiàn)存在警示性家族缺陷的設(shè)備，必須盡快安排大修技改、設(shè)備預(yù)試等改造工作。同時(shí)，強(qiáng)化該型號(hào)電流互感器運(yùn)維力度，尤其是在啟停操作過程前后、高溫等惡劣運(yùn)行環(huán)境情況下，加強(qiáng)特殊巡視，發(fā)現(xiàn)缺陷或異常及時(shí)處理。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，積極采用少油設(shè)備壓力在線監(jiān)測(cè)等新技術(shù)，加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

要求生產(chǎn)廠家要提升產(chǎn)品質(zhì)量和進(jìn)行工藝改進(jìn)，特別是對(duì)頭部“三角區(qū)”絕緣包扎、器身干燥、抽真空注油等環(huán)節(jié)，要固化標(biāo)準(zhǔn)工藝流程。另外，對(duì)該型號(hào)電流互感器膨脹器視察窗進(jìn)行改進(jìn)，加寬視窗鏡，使油位指示更清晰，核算器身與導(dǎo)電桿之間絕緣間隙及絕緣板的機(jī)械強(qiáng)度，加大產(chǎn)品設(shè)計(jì)裕度。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備安裝工藝和制造質(zhì)量的好壞直接關(guān)系電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，粗糙的工藝和設(shè)計(jì)缺陷都會(huì)給設(shè)備安全運(yùn)行帶來巨大隱患。在設(shè)備全過程管理上，要加強(qiáng)對(duì)廠內(nèi)監(jiān)造、出廠檢測(cè)、關(guān)鍵點(diǎn)見證、驗(yàn)收質(zhì)量等重要環(huán)節(jié)的管控力度，運(yùn)檢單位要積極結(jié)合帶電檢測(cè)、機(jī)器人智能巡檢、充氣式電流互感器SF6壓力在線監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)傳系統(tǒng)等有效手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要設(shè)備運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，降低設(shè)備故障率，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。