一起電流互感器二次回路開路故障分析與處理

丁 冬，馬 偉，吳 靖，林 森，林偉力

（國網浙江省電力有限公司杭州供電公司，杭州 310009）

0 引言

TA（電流互感器）的作用是將一次大電流轉變為二次回路標準小電流，其一次繞組與主電路串聯，二次繞組串接于保護、測量、計量等回路，是保障電力系統安全穩定運行的重要元件[1－5]。

在電網實際運行中，由于客觀原因或人為因素發生了多起TA帶電運行時二次回路開路故障，給電力系統運行帶來了嚴重的安全隱患和經濟損失[6]。文獻[7]分析了一起二次回路接觸不良引起發電機差動保護誤動的事故，提出了排查TA二次回路接觸不良的方法。文獻[8]分析了一起大型水電站機組保護裝置的電流二次回路開路故障，提出了其他水電站采用同類型保護時的接線優化方案。文獻[9]定性分析了二次回路開路對發電機負序電流保護裝置和縱差保護裝置誤動作的風險，介紹了TA二次回路斷線保護的方案。文獻[10]建立了二次回路相間短路的等值電路和相量圖，分析了經過渡電阻短路對保護裝置電流采樣和差動保護的影響。

以下介紹了一起某變電站中主變壓器（簡稱主變）保護裝置二次電流回路開路故障。通過對電流二次接線具體分析，在辨識開路故障點的基礎上提出了3種解決方案。同時，為避免TA二次回路開路故障對人身、電網和設備安全帶來危害，提出了相應的防范措施。

1 故障案例

某220 kV變電站的主變為三圈變，各側額定電壓分別為220 kV，110 kV和35 kV，保護配置為“雙套電氣量+單套非電氣量”。2017年，為配合主變保護裝置35 kV側二次回路搭接工作，運行人員依調度命令將主變35 kV側斷路器停電，220 kV與110 kV側斷路器帶電運行；同時，將第一套電氣量保護改停用狀態，而第二套電氣量保護和非電量保護投跳閘狀態。

當第一套電氣量保護35 kV側斷路器二次回路搭接完成后，專業人員在戶外端子箱對電流回路進行單相通流試驗時，發現在保護屏后利用鉗形表測得電流為0 A。在排除試驗儀器故障的因素后，初步判斷為電流二次回路存在異常。后經分析，確定主變保護裝置的電流二次回路存在開路故障。

1.1 原因分析

主變保護裝置電流二次回路實際接線情況如圖1所示。其中，保護屏后端子排4—7外側用電流連片短接，端子排8內側是根據國網公司反措要求的一點接地位置[11]。

當主變某側斷路器電流投入保護裝置時，按照運行規程需將保護屏前與其對應的電流試驗端子用短接件分別進行短接，即SDA1與SDA2，SDB1與SDB2，SDC1與SDC2，SDN1與SDN2分別短接，且SDA2與SDB2，SDB2與SDC2，SDC2與SDN2斷開。此時，TA二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護裝置→保護屏后端子4→端子箱N相，電流二次回路處于閉環狀態。其中，A相電流流通路徑如圖1中實線箭頭所示。

當主變某側斷路器電流不投入保護裝置時，按照運行規程需將保護屏前與其對應的電流試驗端子用短接件分別進行短接，即SDA2與SDB2，SDB2與SDC2，SDC2與SDN2分別短接，且SDA1與 SDA2，SDB1與 SDB2，SDC1與 SDC2，SDN1與SDN2斷開。此時，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護屏后端子8，電流無法流回端子箱N相，電流二次回路處于開路狀態。其中，A相電流流通路徑如圖1中虛線箭頭所示。

圖1 現場電流二次接線情況

1.2 電流二次回路開路的危害

主變的斷路器若在停電狀態下，其電流二次回路開路并不影響系統運行。而該故障案例中，由于220 kV與110 kV側斷路器帶電，運行人員按照操作票將220 kV和110 kV側電流退出第一套電氣量保護裝置后，導致220 kV和110 kV側二次電流繞組開路，會嚴重威脅人身、電網和設備的安全。具體分析如下：

電流二次回路閉環狀態下，TA二次繞組接近于短路狀態，二次電流對一次電流產生去磁作用，勵磁電流小，鐵心中總磁通小；二次回路開路狀態下，TA空載運行，一次電流作為勵磁電流，使鐵心內的磁通密度劇增。

一方面，二次側將感應出很高的電壓，可能使絕緣擊穿（如燒壞電流端子及接線頭等），威脅作業人員的安全。根據電流二次回路開路電壓計算公式[12]估算可知，故障案例中主變保護裝置電流回路開路故障時，開路電壓最大可達103V數量級。

另一方面，因鐵心磁飽和以及磁通的非正弦性，使硅鋼片振蕩而且振蕩不均勻，影響TA的性能，同時發出較大的噪聲。當負荷較大時，鐵耗增加，導致鐵心過熱，使內部絕緣層受熱嚴重，出現發熱、異味、冒煙等異常現象，嚴重時燒毀TA。所幸當時運行狀態下主變負載較小，并未引起設備嚴重故障。

2 故障處理

根據1.1節中的原因分析，引起此起電流二次回路故障的本質原因是由于保護屏前電流試驗端子SDN1接線誤接在TA側，而將SDN2接線誤接在保護側，與相電流接線不一致引起。對此，提出以下3種解決方案。

（1）方案1：更改保護屏后電纜接線。

將端子箱至保護屏后端子排的電流N相電纜從端子4移至端子8，如圖2所示。主變某側斷路器電流投入保護裝置時，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護裝置→保護屏后端子排→保護屏前電流端子SDN1→保護屏前電流端子SDN2→保護屏后端子8→端子箱N相；不投入保護裝置時，二次電流流通路徑為端子箱→保護屏后端子排→保護屏電流試驗端子SDN2→保護屏后端子8→端子箱N相，二次電流回路始終處于閉環狀態。

圖2 電纜接線更改方案

（2）方案2：更換電流短接連片。

將保護屏后端子排上端子4—8短接，而保護屏端子排外接電纜接線方式保持不變，見圖3。

圖3 電流短接連片更改方案

主變某側斷路器電流投入保護裝置，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護裝置→保護屏后端子4→端子箱N相；不投入保護裝置時，二次電流流通路徑為端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子SDN2→保護屏后端子4→端子箱N相，二次電流回路始終處于閉環狀態。

（3）方案3：更改運行操作票。

修改運行操作票，無論主變某側斷路器電流是否投入保護裝置，保持保護屏前電流試驗端子SDN1與SDN2始終為短接狀態。主變某側斷路器電流投入保護在裝置時，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流試驗端子→保護裝置→保護屏后端子4→端子箱N相；不投入保護裝置時，二次電流流通路徑為：端子箱→保護屏后端子排→保護屏前電流端子SDN2→保護屏前電流試驗端子SDN1→保護屏后端子4→端子箱N相，二次電流回路始終處于閉環狀態。

上述3種解決方案中，方案1和方案2是通過更改二次電纜接線方式實現，方案3是更改運行操作票實現。此外，也可以采取更改廠家接線的方式實現，此處不再贅述。需注意的是，在實施解決方案前，應事先做好安全措施，如在端子箱中用短接線將電流端子1—4短接時，應注意仔細核對繞組組別，防止弄錯組別引起其他保護裝置誤動或表計失電等。在實施解決方案過程中，工作人員應嚴格執行工作監護制度，與帶電部分保持足夠的安全距離。

3 防范措施

3.1 暴露問題

此次TA電流二次回路開路故障隱蔽性強，僅在主變某側斷路器電流退出保護裝置的情況下發生，是由于專業人員對保護裝置運行方式考慮不周全引起。

（1）設計人員在圖紙設計過程中，沒有認真分析保護裝置二次接線原理圖、廠家配線圖，未發現二次電流在投入和不投入保護裝置的情況下N相電流回路的差異性。

（2）檢修人員在施工過程中，沒有仔細核對圖紙是否與現場情況一致，未指出在斷路器帶電但其二次電流不投入保護裝置的情況下，二次回路設計圖紙上存在的錯誤。

（3）運行人員編寫運行規程時，沒有結合現場實際接線情況，未全面考慮到主變保護裝置的特殊運行方式。

3.2 防范措施

為避免TA二次回路開路對人身、電網和設備造成傷害，應加強設計、調試、運行等各環節的管理，嚴格遵守規程規定。

（1）對于設計人員，圖紙設計前應事先做好現場勘查，明確與擴建或技改工程相關的二次回路實際接線方式；圖紙設計過程中應仔細閱讀保護裝置接線原理圖、廠家配線圖，正確合理地設計二次接線圖紙，確保在各種運行狀態下均不會出現二次回路開路故障。

（2）對于檢修人員，應結合現場實際，認真分析接線圖紙的正確性，接線時做到電纜兩頭電氣編號、回路編號一致，保證每根電纜接線都符合圖紙要求。同時，在調試過程中應采用多種檢測手段來確保電流回路接線的正確性，如采用通流試驗法和阻值測量法，確保投運后在不同運行方式下均不會產生開路故障。此外，在相關工作結束后，應認真檢查電流連接片是否恢復，電流端子是否連接良好，螺絲是否緊固等。

（3）對于運行人員，應根據現場實際接線，針對不同情況具體分析，編寫與運行方式對應的運行操作規程。面對不確定或不明確的接線情況，可與檢修人員進一步溝通。同時，考慮到電流端子受外部環境影響，或者存在結構、質量缺陷，長期運行過程中易導致二次回路開路；避免專業人員人為原因引起的電流二次回路開路，如電流端子接線螺絲未擰緊或工作后忘記恢復已打開的電流端子等情況，還應加強日常巡視檢查、紅外測溫檢查[13]。

另外，可運用TA二次回路開路保護裝置創新成果，充分發揮其預防作用。近年來，專業人員基于電流二次回路開路故障時產生的過電壓，設計研制了多種二次回路開路保護裝置[14－15]，當發生開路故障時，能正確顯示開路的組別及繞組編號，為快速消除開路情況提供了有利條件。工程應用表明，利用TA二次回路開路保護裝置有助于消除安全隱患，減輕現場人員工作壓力，提升專業人員工作效率。

4 結語

結合一起變電站主變保護裝置電流二次回路開路故障，對電流二次回路接線進行分析并識別了故障位置，提出了3種具體解決方案。同時，鑒于TA二次回路開路故障對電力系統影響嚴重，結合該起事故暴露的問題，提出了避免電流二次回路開路的防范措施，可供專業人員借鑒參考。

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