一起電流互感器二次側異常運行的原因分析

姚 耀，孔德良，趙運輝，林紅平

（甘肅電投大容電力有限責任公司石門坪水電站，甘肅 舟曲 747400）

0 引言

電流互感器是直接變換電流的設備。簡單來說就是將發電、變電、輸電、配電等一次設備線路中的大電流變換成很小的電流（我國采用的電流互感器二次側標準電流為1 A或5 A），并接入自動裝置，用于實現保護、測量等功能。由于電力系統一次設備都是高電壓、大電流，直接測量數值是極其危險的，通過采集電流互感器變換后的二次側電流，由變比計算就可以準確得知一次設備的實際電流大小。因此，電流互感器是電力系統中使用最為廣泛的電氣設備之一。但是，電流互感器的使用也有著非常嚴格的規范要求，其中最為重要的就是電流互感器二次側回路絕不允許開路。

由于電流互感器的結構原理，一次側繞組匝數很少，二次側繞組匝數較多，在正常工作時，二次側繞組所接負載的阻抗都是非常小的，幾乎是短路狀態，這樣以來，電流互感器的一次側電流和二次側電流所產生的磁通相互抵消，使鐵芯中的磁通密度處在極低的狀態，根據電磁感應定律，電流互感器一、二次側的電壓都可以小到忽略不計。然而，電流互感器二次側回路一旦發生開路，由于一次側電流不變，此時二次側電流為零，在鐵芯中就不會有抵消一次電流所產生的磁通，也就是說一次側電流全部用于電流互感器鐵芯勵磁，會使鐵芯磁通急劇增加，遠超出飽和狀態，造成鐵芯損耗增大，繞組和鐵芯嚴重發熱，同樣根據電磁感應定律，磁通的增大，二次側繞組的開路點會產生峰值很大的高電壓，直接危及人身和設備安全，同時會造成二次側電流不平衡，可能引起差動保護動作跳閘，降低了主設備運行的可靠性和經濟性。

1 電站概述

石門坪水電站位于甘肅省甘南州舟曲縣境內白龍江干流之上，電站裝有三臺軸流定槳式水輪發電機組，總裝機15 MW（3×5 MW），設計引用流量130 m3/s。于2006年投產發電，建成后多年平均發電量約0.65億kW·h，年利用小時數接近5 000 h。石門坪水電站的主接線采用“三機一變”擴大單元方式，共用10.5 kV母線經主變升壓后送至35 kV電網系統。該水電項目僅用了一年時間就完成了開工建設到首臺機組并網發電的重要任務，刷新了干流主河床上項目建設投產的新紀錄，為企業拓展水電業務創造了良好的社會效益和經濟效益。

2 異常事件經過

（1）電站2號發電機組并網運行，有功功率5.1 MW、無功功率0.78 Mvar、電壓10.6 kV、頻率50.02 Hz、入庫流量42 m3/s，1號發電機組停機備用，3號發電機組定期檢修。運行當班人員例行設備巡回檢查工作時，在10.5 kV高壓配電室內聞到絕緣異味，且主要集中于2號發電機出口斷路器柜。深入檢查，在打開2號發電機組二次回路接線柜后異味濃重，詳細檢查二次接線，沒有異常現象。由于一次設備帶電運行，高壓開關柜無法打開，觀察窗視野有限，柜內一次設備無法全面檢查。為降低發電機組運行風險，當班運行人員果斷倒換備用機組，將2號發電機轉為停機檢修態。

（2）電氣檢修人員對高壓開關柜內的一次設備進行詳細檢查，發現2號機組機端電流互感器A相二次側第二繞組內側有明顯灼痕（圖1），測量灼傷區域最高溫度達到70℃。檢查該電流互感器異常繞組的二次側外部接線，確認接線螺絲緊固，測量二次側電流回路阻值正常，測量電流互感器本體繞組發現阻值波動較大且不穩定，檢查確認該繞接線引至2號發電機組差動保護電流回路，經檢查保護裝置未發出異常報警，差動保護未動作。初步判斷為該電流互感器二次側繞組接觸不良，造成接觸阻抗增大，引起局部放電擊傷絕緣護板，并散發出絕緣異味。

圖1 A相電流互感器二次側第二繞組內側灼痕

3 現場處理過程

（1）異常情況發現確認后，電氣檢修人員對該組電流互感器進行整體拆卸，搬出高壓開關柜，并全面分解，通過查看電流互感器本體的故障點，深入分析故障原因，再研究解決辦法。

（2）現場對異常的電流互感器進行試驗檢測，確定該設備已不能正常使用，必須更換。由于電站未儲備該電流互感器備品，定制新設備最快需要一周左右，考慮到電站當時來水量逐漸增大，為保證現場安全生產的穩定性和經濟性，決定采取替換方式先解決實際問題。由于3號發電機組處于完全檢修狀態，短時間內不具備啟動運行條件，且2號與3號發電機型號、參數、標準相同，此組電流互感器也是同型號、同規格。因此，電氣檢修人員通過伏安特性試驗對比兩組電流互感器的各項性能指標后，將檢修機組的三相電流互感器平行替換至2號機組，有效做到物盡其用。

（3）電流互感器更換完成后，電氣檢修和當班運行人員分別對設備做全面檢查，反復確認無誤后，恢復2號發電機組并網運行，負荷緩慢遞增至額定功率，檢查該電流互感器、發電機保護裝置、測量裝置等設備運行良好，數據準確。至此，2號發電機組機端電流互感器二次側繞組異常事件處理完畢。

4 原因分析

（1）經過調查電站2號發電機組電流互感器異常運行階段的全部數據，發電機三相電流均衡穩定，確認該電流互感器二次側第一繞組（回路接至測量裝置）性能良好，第二繞組接至2號發電機組差動保護回路，追憶保護裝置未發出異常報警信號，差動保護未動作，測量檢查該回路負載幾近短路態，由此可判斷該二次電流回路正常，客觀證實該電流互感器二次側繞組僅出現內部接觸不良的情況，未發生開路事故。此外，通過核查2號發電機組檢修后啟動過程中完成的發電機短路升流試驗和帶負荷試驗記錄，所有數據正確且真實，結合該電流互感器及其二次側回路在后期一段時間的運行中無異常表現，斷定未發生因電氣檢修人員工作失誤或操作不當而造成此次異常事件。

（2）電氣檢修人員對異常的電流互感器現場拆卸檢查發現，電站使用的此款電流互感器存在一定的設計缺陷，其二次側采用延長連接形式（連接排）引出，連接排一端用螺絲緊固于電流互感器本體二次側繞組，另一端用螺絲連接二次電流回路接線（圖2）。發現的弊端是在進行電流互感器檢修試驗的過程中，當拆、裝電流回路接線螺絲時，會造成連接排受扭力作用發生左右偏動，容易使連接排繞組端的螺絲緊固力逐漸降低，加之長期運行受電磁振動的影響就容易出現內部連接處螺絲松勁，造成電流互感器二次側繞組接觸不良、放電、發熱將絕緣灼傷，由于此次異常情況發現及時，處置得當，并未造成電流互感器二次側開路事故。

圖2 電流互感器二次側采用延長接線排形式

（3）電站使用的該形式電流互感器在安裝到固定基礎后，連接本體二次側繞組端的緊固螺絲完全被壓藏于絕緣擋板和固定底板之下（圖3），常規檢查、試驗工作根本無法涉及到此處，因此電氣檢修人員未能發現電流互感器二次側繞組接線存在兩處連接點（通常電流互感器為一體澆筑而成，二次側僅有回路接線一處緊固螺絲）。由于每年電流互感器的各項檢修試驗數據均正常，檢修人員僅需對電流互感器一次連接部位、二次接線部位、安裝固定部位的螺絲進行檢查緊固，沒有全部拆解的必要。如需對此組電流互感器進行拆卸，應盡可能在10.5 kV母線停電時開展，由于受電站三機一變擴大單元接線方式的限制，開展此項工作的安全措施條件復雜，作業時間較長，經濟運行效果差，因此不屬于常規設備檢修維護項目之中。

圖3 電流互感器的安裝固定方式

5 整改措施

（1）根據以上原因分析的結論，為徹底消除電流互感器的此類異常問題，電站及時聯系設備廠家，定制了三臺同規格、同參數、同性能的電流互感器，取消了二次側延長連接排，采用繞組與二次回路直接連接的形式，僅保留一處緊固螺絲（圖4）。如此以來，不僅解決了兩處連接容易造成螺絲松動的問題，可有效防止電流互感器二次側開路，而且便于定期開展電流互感器的檢修試驗工作，進一步提高發電機組運行的安全性和可靠性。但要注意電流互感器的替換原則，除了常規的試驗以外，特別是用于繼電保護回路的二次側繞組，還必須通過伏安特性試驗來匹配鐵芯飽和程度相近的電流互感器，以免在使用過程中出現保護誤動或拒動情況。

圖4 新安裝的電流互感器

（2）對目前仍在使用的舊款電流互感器，電氣檢修人員擇機對其二次側繞組的連接排做緊固檢查，特別是內側連接點。

（3）提前準備電流互感器的改造計劃和方案，新的電流互感器安裝運行一年時間，通過分析使用情況，利用下個設備檢修周期對另外兩臺發電機組的舊款電流互感器進行整體更換，徹底消除此類設備隱患和安全風險。

（4）生產運行人員要繼續強化對一次設備日常巡回檢查的質量，加強對大電流過流部件的溫度監視工作，并做好相關設備的異常情況的事故預想，以提高運行人員分析異常問題的能力。

（5）電氣檢修人員要深入學習掌握一次設備異常情況的現象判斷、原因分析、處理方式、試驗方法、注意事項等關鍵環節，不斷完善設備質量、積累工作經驗、提高技能水平，堅決杜絕此類問題的再次發生。

6 結束語

本文通過對發電機電流互感器二次側繞組異常運行事件分析，簡單描述了事件處理的過程，分析了造成異常的原因，總結了根治解決問題的可行方法，強調了電流互感器可靠運行的重要意義，更應該高度重視電流互感器等電氣一次設備的日常巡檢和定期維護工作。通過處理此次事件，發電企業應當積極研究此類異常，對照生產現場實際情況，主動發現相關問題，并合理改造存在重大安全隱患的設備，是完全可以降低設備故障概率的。為打造企業高質量發展目標，消除設備安全隱患、改善設備運行狀況、降低設備維護成本，最終實現企業安全效益和經濟效益的提高。