一種獨立式電流互感器故障分析及解決辦法

張超軍，賀永明，趙建磊，王紅慶

（平高集團有限公司，河南 平頂山 467001）

0 引言

電流互感器是一種用作變換電流的特種變壓器，在正常工作條件下，其二次電流與一次電流成正比，當線路一次電流發生變化時，互感器通過二次電流的變化，把信息傳遞給測量儀器、儀表和繼電保護裝置，因此穩定可靠的電流互感器能夠準確監測線路狀況、識別故障電流[1]。反之電流互感器出現故障，將會導致無法正確監測一次電流的變化，影響測量的精度及繼電保護裝置的動作，給電網的安全運行帶來隱患。本案例介紹了一起500 kV獨立式電流互感器二次電流輸出三相不平衡的異常問題，通過對問題的分析，最終找到問題的原因，并進行相關驗證，最終解決二次電流三相不平衡問題。

1 概述

據某變電站二期（如圖1）用戶反映，LVQBT—5O0型電流互感器在運行過程中A相二次電流與B、C兩相相比偏低（三相電流不平衡），其中A相二次不平衡電流誤差最大達到9.16%，測試數值如表1.

表1 現場三相電流測試數據

圖1 互感器現場運行照片

對于互感器三相電流不平衡，首先應檢測是否系統一次電流不平衡，從電網進行排查，發現各相保護、接地及運行負荷均未見異常，一次電流三相平衡，于是排查不平衡相電流互感器，經巡查發現A相電流互感器進線端子與密封法蘭固定螺栓疑似有不可靠連接，具體見圖2、圖3.

圖2 故障相疑似分流點

圖3 故障相疑似分流點

550 kV電流互感器一次導體通常有串聯和并聯兩種結構，電站建設初期容量不大，一般采用一次導體并聯結構，隨著用戶的增多，電站容量的增加，一次導體采用串聯結構（在不更換互感器的基礎上實現了容量的提升）。該故障相互感器一次繞組為并聯結構，其結構見圖4所示，P1端為一次電流進線端，P2為出線端，一次導體項3（內導體）與項6（外導體）從項11（二次線圈）中穿過，二次線圈布置在項1（外筒體）內，一次導體為并聯結構時，能夠有效地提升通流能力，項3（內導體）與項6（外導體）為并聯結構，其之間通過項4（絕緣套）、項7（絕緣套）進行絕緣，正常電流流通路徑見圖4箭頭方向所示。

圖4 互感器一次并聯結構圖

2 試驗驗證

在A相電流互感器退出運行后，進行相關誤差測量，以驗證以上推論，本站互感器一次繞組為并聯結構，若P1進線端接線端子與密封法蘭的固定螺栓相連，會引起一次電流通過筒體分流，經過線圈的一次電流變小，從而二次輸出電流變小，造成三相電流的不平衡。根據一次、二次電流進行變比反推，電流變比顯示為：2500/1，與實際出廠時產品變比不符（出廠參數：變比為：2000/1，0.2S級，40VA）。為了驗證以上推斷，模擬可能存在的三種情況對故障A相電流互感器進行誤差測量，三種情況分別為進線端子與密封法蘭處螺栓按正常連接、不可靠連接、緊密連接三種情況，試驗結果如下，測試繞組選擇其中一對7S1-7S2進行，測試結果見表2所示。

表2 誤差數據統計表

從以上測試數據可以看到，在正常狀態測試數據符合0.2S級誤差要求，不可靠連接狀態測試與現場測試數據類似，驗證了以上判斷，而可靠連接狀態誤差太大，遠超正常運行情情況下誤差限值。

為了進一步驗證以上測試結論。需要排除電流互感器二次線圈與屏蔽罩之間及二次線圈匝間絕緣問題，于是解體檢查，拆除P1端蓋板，觀察筒體內部屏蔽罩狀況，屏蔽罩與二次線圈之間無接觸，不存在分流，具體見圖5。拆除筒體內屏蔽罩，查看內部二次線圈狀況，二次線圈無破損，匝間絕緣良好，具體見圖6，通過以上解體分析，進一步驗證了上述推論。

圖5 內部屏蔽罩檢查圖

圖6 內部線圈檢查圖

3 原因分析

故障相電流互感器為一次并聯結構，由于P1端一次進線接線端子與筒體密封法蘭的固定螺栓的不可靠連接，導致一次電流部分通過外筒體流向P2端，產生分流，分流路線為：P1端電流經一次接線板、螺栓、筒體流向P2端，不經過互感器二次線圈，而互感器正常運行過程中是不允許分流的，這種不可靠連接，除了造成三相電流不平衡，長期運行還會造成筒體發熱，溫升超標，進一步發展會出現使絕緣件老化等嚴重后果[2]。

由于電流互感器出廠及運行初期，進線接線端子與密封法蘭固定螺栓處存在較小間隙，并無分流現象，隨著負荷的增大，運行時間的增長，電流的熱效應，導致密封法蘭處絕緣套（圖3中項10）產生變形，使本來就不大的螺栓間隙變的更小，直至連接，螺栓與進線端子連接，致使分流現象的發生，對外顯示A相與B、C兩相相比出現電流偏差，三相電流不平衡。

4 解決辦法及驗證

對于故障相外筒體分流問題，可以通過減小進線端子與外導體接觸寬度，以實現增大接線端子與密封法蘭固定螺栓之間的距離，另外也可以通過加大密封法蘭處絕緣套的長度，來實現增加進線端子與密封法蘭固定螺栓之間的距離，第一種方法會造成進線端子與外導體接觸面積減小，使接觸電阻增大，主導電回路有改動，不利于產品長期通流及安全運行，第二種方法簡單容易操作，且主導電回路沒有改動，綜合比較分析，認為增大密封法蘭處絕緣套長度方法更優，改進后結構見圖7，對絕緣套增加長度18 mm，完成裝配后，密封法蘭固定螺栓與進線端子的安全距離為18 mm（原距離為6 mm）。

圖7 改進后結構圖

結構改進后的電流互感器有效解決了，因電流熱效應造成的密封法蘭固定螺栓與進線端子之間接觸的問題，避免了一次電流通過外筒體的分流，提高了互感器運行的穩定性，保證了互感器二次輸出的三相平衡，對改進結構的互感器進行誤差測試，測試繞組選擇7S1-7S2，數據見下表3.

表3 誤差數據統計表

測量誤差值均滿足0.2S級電流互感器誤差要求，進一步驗證了結構改進的合理性。

5 結束語

某電站巡檢時，測量設備報警，發現A相二次電流比B、C兩相偏小，停電檢修發現A相電流互感器一次導體存在分流點，通過誤差測量驗證及解體分析驗證了判斷的正確性。通過加大絕緣套的長度，確保進線端子與密封法蘭固定螺栓之間安全距離，有效解決了上述問題，后經試驗驗證三相電流平衡，誤差也均在要求范圍內，有效地避免了因絕緣套受熱變形帶來的不可靠連接問題，避免了二次電流三相不平衡的問題。