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)

電流互感器是測量主變、斷路器等設(shè)備實時運行電流的重要元件，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、自動化裝置、電度表等二次設(shè)備[1-2]。電流互感器運行狀況的好壞不僅關(guān)系到一次設(shè)備安全運行水平，還關(guān)系到相關(guān)二次設(shè)備的運行狀況。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)定運行和安全供電帶來負(fù)面影響。

1 故障前運行方式

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臺主變、4條線路及500kV開關(guān)均為正常運行狀態(tài)。

2 故障現(xiàn)象及保護(hù)動作行為分析

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號主變保護(hù)、5023開關(guān)保護(hù)動作信號，后臺監(jiān)控屏顯示5012、5023、5043、5053開關(guān)、5022開關(guān)、2號主變中壓側(cè)4802開關(guān)跳閘，開關(guān)位置在分閘位置。

2.1 現(xiàn)場一次設(shè)備檢查情況

變電站運維人員立即到現(xiàn)場檢查，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號主變5022開關(guān)、4802開關(guān)均跳閘，現(xiàn)場開關(guān)位置在分閘位置。現(xiàn)場電流互感器故障情形及處理場景如圖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)場圖

2.2 現(xiàn)場保護(hù)動作情況及分析

2.2.1 500kVⅡ母線第一套母線差動保護(hù)動作分析

500kVⅡ母線第一套母線差動保護(hù)裝置的型號為PCS-915C-DA-G，在本次故障中未動作出口。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電流，紅色波形為差動電流；第二幅圖的動作標(biāo)志從上到下依次為差流啟動標(biāo)志、穩(wěn)態(tài)量比率差動（0.5）動作標(biāo)志及諧波抗飽和判據(jù)動作標(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周期差動電流小，制動電流相對較大，因此，變化量比率差動動作條件不滿足。從保護(hù)啟動開始只開放一個周波，第二個周波變化量比率差動保護(hù)被閉鎖，變化量比率差動未及時動作是第一套母差保護(hù)差動保護(hù)動作速度較慢的原因。

2.2.2 500kVⅡ母線第二套母線差動保護(hù)動作分析

Ⅱ母線差動保護(hù)型號為NSR-371C-DA-G，差動啟動定值設(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，制動電流明顯上升，但母線保護(hù)三相均無差流，表明此時發(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明顯畸變，此時母線區(qū)外故障性質(zhì)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障。B相差動保護(hù)中的差流和制動電流情況如圖4所示，其中Y軸為差流，X軸為制動電流，動作點與比率制動曲線的位置位于動作區(qū)，可見，500kVⅡ母線第二套母線差動保護(hù)跳閘為正確動作行為。

本次故障為區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)的轉(zhuǎn)換性故障，突變量差動未能動作，由采樣值差動完成差動保護(hù)的出口動作，因此動作時間較長。該母線保護(hù)的整組動作時間是從保護(hù)啟動開始計時，本次故障過程中，先發(fā)生的區(qū)外故障使保護(hù)啟動，5ms左右后轉(zhuǎn)換為區(qū)內(nèi)故障，之后12ms的時間內(nèi)，采樣值差動的比率制動特性（采樣值差流與0.5倍的采樣值制動電流比較）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)到動作值，采樣值差動的比率制動特性滿足，采樣值差動動作。

圖4 500kVⅡ母第二套母差保護(hù)動作時刻的比率制動曲線

2.2.3 2號主變保護(hù)動作情況

2號主變第一套差動保護(hù)（RCS-978)于13:29:44.570啟動，3ms分相差動保護(hù)動作，17ms分側(cè)差動保護(hù)動作，故障相別為B相故障，差動電流5.031A。2號主變第二套分相電流差動保護(hù)（CSC-103A）13:29:44.570啟動，10ms分相差動速斷保護(hù)動作，故障相別為B相，差動電流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日投入運行，設(shè)備運行后歷次巡視及帶電檢測均未發(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，電流互感器頭部儲油柜采用鑄鋁件，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，只剩下儲油柜和上儲油柜殘片，如圖5所示。對互感器進(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及燒灼痕跡，二次繞組屏蔽鋁殼對應(yīng)位置有明顯放電點及燒灼痕跡，兩處放電點之間的絕緣被擊穿。

圖5 故障電流互感器殘余儲油柜

器身吊出后檢查，器身三角區(qū)無擠壓痕跡，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結(jié)果，分析此次故障原因為該臺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，氣泡積聚引起電場畸變局部放電，長期運行導(dǎo)致絕緣擊穿，造成故障發(fā)生，故障產(chǎn)生的強大沖擊力導(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

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

對同廠家同型號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)備紅外測溫、油色譜分析等手段，結(jié)合機(jī)器人聯(lián)合巡檢，對易發(fā)熱和缺陷部位進(jìn)行跟蹤周期性監(jiān)測。

及時開展對該型號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，強化該型號電流互感器運維力度，尤其是在啟停操作過程前后、高溫等惡劣運行環(huán)境情況下，加強特殊巡視，發(fā)現(xiàn)缺陷或異常及時處理。根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)，積極采用少油設(shè)備壓力在線監(jiān)測等新技術(shù)，加強設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測。

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，對該型號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)械強度，加大產(chǎn)品設(shè)計裕度。

5 結(jié)束語

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