由電流互感器分流引起的750千伏主變保護異常分析及處理

1.引言

750千伏巴州變電站主變壓器為單相自耦變壓器，2011年1月投運，其總容量為1500MVA，750kV側為套管式互感器，220kV側為套管穿心互感器與SF6氣體絕緣電流互感器，66kV側為套管穿心互感器與SF6氣體絕緣電流互感器。2011年3月27日15時29分，巴州變2號主變保護RCS-978GC發“中壓側CT異?！保?號主變SGT765保護發“分差差流越限”，220kV母線保護A WMH-800A發“TA斷線告警”，220kV母線保B RCS-915發“支路CT異?！备婢盘枴?/p>

2.異常告警檢查及原因分析

2.1 現場檢查

現場對異常情況進行進一步核查、判斷，現場檢查220kV側開關CT各繞組電流值及主變220kV套管CT電流值如下：

(1)2號主變RCS-978GC保護裝置：

220kV側電流：IA=0.23A IB=0.27A IC=0.28A I0=0.06A 分側差流值：0.07In

縱差：0.04Ie

220kV側變比：2500/1（取自斷路器處電流互感器）

(2)2號主變SGT765主變保護裝置：

220kV側電流采樣：IA=0.231A IB=0.272A IC=0.283A 分側差流值：0.07A

縱差：0.04A

220kV側變比：2500/1（取自斷路器處電流互感器）

(3)2號主變220kV側計量：

電流值：IA=0.421A IB=0.48A IC=0.492A

變比：1500/1（取自斷路器處電流互感器）

(4)220kV WMH-800A母線保護：

2號主變220kV側電流值：IA=0.253A IB=0.286A IC=0.293A

變比(取自斷路器處電流互感器)：2500/1

(5)220kV RCS-915母線保護：

2號主變220kV側電流值：IA=0.27A IB=0.31A IC=0.31A 變比(取自斷路器處電流互感器)：2500/1

(6)斷路器處電流互感器備用繞組1(4031)：IA=0.248A IB=0.283A IC=0.291A變比：2500/1

(7)斷路器處電流互感器備用繞組2(4061)：IA=0.424A IB=0.484A IC=0.495A變比：1500/1

(8)220kV故障錄波器：

IA=0.149A IB=0.149A IC=0.153A

變比：5000/1(取自主變套管處電流互感器)

(9)后臺監控機：

2號主變中壓側電流(一次)IA=745A IB=745A IC=765A

220kV側變比：2500/1(取自主變套管處電流互感器)

2.2 告警信息核對

2號主變保護RCS-978GC CT異常動作值為：負序電流(或零序電流)大于0.06In，而裝置采樣I0=0.06A，滿足CT異常動作條件，告警信號正確。

2號主變保護SGT765裝置顯示分側差流值0.07A，滿足差流越限動作條件(0.067A)，告警信號正確。

220kV母線保護A WMH-800A TA斷線告警定值為0.1A，而裝置實際A相差流為0.145A，滿足TA斷線告警動作條件，告警信號正確。

220kV母線保B RCS-915支路CT異常定值0.1A，裝置實際A相差流為0.145A，滿足TA斷線告警動作條件，告警信號正確。

2.3 異常原因分析

根據現場測得數據，主變220kV側斷路器處電流互感器全部繞組A相電流明顯小于B、C兩相(同比降低10%左右)，而取自主變套管處電流互感器的電流(測量、錄波器電流取自套管電流)A、B、C三相基本相同，初步判斷為問題出在主變220kV側斷路器側A相電流互感器。

根據后臺歷史數據，2011年3月27日15時29分主變中壓側負荷為344MVA，并非歷史最高負荷，主變中壓側負荷經常超過380MVA，而主變保護及220kV母差裝置從未出現任何與電流有關的告警信號，3月氣溫上升較快，懷疑由于天氣變熱及大負荷影響導致A相電流互感器一次導體連接或與CT的SF6氣室殼體接觸分流等情況出現，產生一次電流分流，造成二次電流變小。

3.電流互感器分流原因分析

750kV巴州變主變220kV側電流互感器采用南陽金冠電器有限責任公司生產LVQB-220W3型電流互感器，運行中一次繞組通過串聯接線方式，變比為2500/1A。

3.1 SF6氣體絕緣電流互感器結構原理

電流互感器基本工作原理：串聯接線將大接線端子P1、C2卡裝在外導體組件兩側(P1在靜密封側)，將內導體穿入外導體組件，從內導體兩端裝入硅橡膠絕緣套并將內外導體卡緊，然后將小接線端子P2、C1卡裝在內導體兩側(C1在靜密封側)，用導電帶將大接線端子C2與小接線端子C1連接牢固，用壓塊將導電帶固定在殼體上，此時一次導體為兩匝。(見附圖1)

電流流通方向：電流I由P2流入，通過內導電到達C1，C1與C2通過導電板連接，C2再次通過外導電經過P1流出，因此一次繞組為兩匝。(見附圖2)

3.2 檢查電流互感器分流原因

一次檢查發現主變中壓側A相220kV電流互感器外觀正常，一次繞組接線正確，為串接方式，其中斷路器側接P1接線板，變側隔離開關接P2接線板，C1和C2通過導電板連接。但發現C2接線板有明顯位移現象(見附圖3)，造成C2接線板與該側殼體(殼體在P1處與外導電體為金屬連接)固定法蘭螺栓已呈接觸狀態，而B、C兩相此位置距離約為5-6mm。(見附圖4：A與B、C兩相比較圖)分析認為這就是造成CT二次負荷電流變小的根本原因。

圖1 電流互感器結構示意圖

圖2 電流互感器串聯方式下電流分流圖

圖3 A相電流互感器接線板

圖4 B、C相電流互感器接線板

圖5 電流互感器電流分流圖

圖6 A相電流互感器

圖7 改進后的實物圖

具體分析如下，如附圖5，由于C2接線板與殼體法蘭螺栓接觸，造成一次電流I在此分成I1及I2兩個電流(I=I1+I2)，其中I1流過外導電體，產生磁通，但I2流過殼體，不產生磁通及二次電流變換，造成整體二次電流同比變小。

3.3 驗證電流互感器分流原因

打開C1和C2接線板螺栓連接，取下C1和C2間導電板時發現，導電板與C2接線板間存在很大的連接應力，應力方向朝向殼體側，經仔細觀察，應力產生原因為導電板加工尺寸、折彎角度與C2接線板的接線面不配合造成。此問題在設備驗收、初投時尚未表現，無法發現，但隨著后期設備運行一段時間后，負荷增大、溫度變化等因素影響，造成該連接板應力作用效果逐漸體現甚至作用加劇(C1和C2間導電板為銅排，熱脹冷縮效應明顯)，最終造成C2接線板被擠壓向一側發生偏移(正常相該間隙距離也僅為5mm)，與殼體法蘭螺栓接觸，產生一次分流結果。

4.電流互感器分流故障處理

現場將A相C2接線板抱箍松開后向外側移動5mm(恢復原位)并重新緊固，然后將C1和C2間導電板折彎角度進行了重新調整，保障其與C2接線板的接線面配合良好，恢復一次接線并重新進行變比試驗(其他兩相也進行相應檢查及緊固)，結果正常。

為保證設備在后期運行中不重復發此類問題，設備在新疆高溫差地區安全穩定運行，結合設備停電檢修機會，對此類設備C2接線端與罐體法蘭間加裝10mm厚聚四氟乙烯環形絕緣墊圈(白色)，避免在氣象環境及變比調整中造成主變保護告警或誤動的重大安全隱患，改造后的實物圖見圖7。

5.取得的經驗及對以后工作的啟示

加強設備結構原理學習，該結構形式電流互感器出現問題，我們分析應為設備設計缺陷，其C1和C2間導電銅板很長(連接板為銅質，總長近2.4米，寬厚80×8mm，見附圖6)，溫度變化引起的熱脹冷縮效應將造成對兩側CT接線板連接應力發生很大變化；同時，其C2接線板與殼體法蘭螺栓間正常僅5mm的間隙過小，難以滿足其C1和C2間導電銅板因設備負荷及環境溫度變化造成應力變化產生的位移范圍，同時，故建議如下：

5.1 對新投運設備，要求制造廠進行校核改進

5.1.1 應對C1和C2間導電銅板在兩側折彎處加裝軟連接，避免過大應力產生。

5.1.2 將C2接線板與CT外殼間絕緣墊圈截面積增大，厚度也增大，使C2接線板與CT外殼有效隔離；

5.2 對在運設備加強巡視，并根據地區氣溫進行校核

新疆地區冬夏溫差變化很大，互感器C2接線板與CT外殼間目前5mm的間隙能否滿足屆時的環境溫度及負荷溫升的綜合影響，目前尚難確定，故提前完成改造方案，并提供足額改造后絕緣墊圈及連接板（加裝軟連接后的）并提供現場更換墊圈的可行性方案，以便設備出現異?；蛲ｋ姍z修時逐個更換。

5.3 修編至標準化作業書，進行經驗分享

將該問題修編至SF6氣體絕緣電流互感器安裝驗收、定檢維護、變比調整工作的標準化作業書中，避免發生因電流互感器一次分流造成保護誤動事故。

6.結束語

SF6氣體絕緣型電流互感器技術已經成熟，并且普遍用于超高壓電網，新疆5個750kV變電站220kV及66kV皆采用此結構電流互感器，通過此文分析，讓從事相關技術管理及檢修人員熟悉結構原理，掌握驗收調試、運行維護中的難點，優化改進設備的設計，避免此類問題發生而造成保護誤動，繼而造成大面積停電事故。

[1]南陽金冠電器有限責任公司.LVQB-220W3型電流互感器安裝使用說明書.v1.0；

[2]張立成,李洪淵,廖凱.變電一次設備典型案列匯編[M].新疆電力公司超高壓公司,2012.