某220kV变电站电流互感器故障分析

[摘 要]近些年随着智能电网项目规模的扩大，变电站进入了快速发展建设阶段。电流互感器是变电站一次设备中负责电力系统计量和保护的重要设备，如果发生故障，会造成区域的大面积停电或变电站母线停电，会带来很大的损失和不良影响。本文阐述了电流互感器的常见故障原因，以某220kV变电站电流互感器故障为例，进行故障的查找和排除。

[关键词]电流互感器；设备安全；故障原因；变电站

中图分类号：D92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0345-02

1 引言

电流互感器（Current Transformer，CT）的作用是把电流幅值较大的一次电流通过一定的变比转换为电流幅值较小的二次电流，用来进行变电站或线路的保护、测量工作。电流互感器长期串联在线路上运行，将二次电流输入测量仪表或继电保护装置。造成电流互感器故障的原因很多，常见外部原因有有系统负荷不平衡、接线错误、误差超标等，其中二次回路开路、引线接头松动、注油工艺不良、电容末屏接地不良等会导致局部过热或放电，使色谱分析结果异常。内部原因大多是自身绝缘问题，如绝缘工艺不良，电容型电流互感器绝缘包绕松紧不均、电容屏错位或断裂、绝缘干燥和脱气处理不彻底等缺陷导致运行中绝缘击穿。电流互感器故障会严重影响测量的准确性及继电保护动作的正确性，干扰电网正常运行。本文就电流互感器的常见故障原因进行分析，并采用一具体案例阐述解决措施。

2 电流互感器结构

电流互感器的主要部件包括一次绕组、二次绕组、铁芯和绝缘介质。绝缘介质包括油浸式、SF6气体和固体介质。电流互感器的一次绕组串联于被测的一次线路，二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈串联。电流互感器一次绕组匝数少，二次绕组匝数多，测量仪表和继电器等电流线圈阻抗很小，所以正常运行时电流互感器是接近短路状态的，且二次回路不允许开路，必须可靠接地。

电流互感器一次和二次额定电流之比，叫做电流互感器的额定互感比：Kn=11n/12n。一次线圈额定电流11n是标准的，二次线圈额定电流12n分为5A、1A或0.5A，所以电流互感器额定互感比也是标准的。Kn还可以近似地表示为互感器一次和二次线圈的匝数比，即：Kn =N1/N2，式中N1、N2分别为一次和二次线圈的匝数。电流互感器的目的是为了安全可靠的测量比较大的电流，它的二次绕组电流由一次电流感应得到，因为为了平衡一次绕组产生的磁势，二次绕组会产生相应的磁势。如果二次开路，则其阻抗无限大，二次绕组电流为零，那么磁势也等于零，那么一次绕组电流会全部用来激磁，无法被二次绕组产生的磁势所平衡，将带来铁芯的严重过饱和。铁心磁场过饱和会令铁损过大，电流互感器铁心和线圈发热，绝缘会因为温度过高而烧毁，另外在铁芯中会感应出剩磁，会加大互感器二次绕组的误差。更为严重的情况是交变磁通原本的正弦波改变成梯形波，此时过高的磁通变化率会在二次线圈上感应出很高的电压，其幅值可能达到几千伏，这种高压作用在二次线圈和二次回路上，会对人身和设备都造成严重的威胁，所以电流互感器在任何时候都不允许二次侧开路运行。

3 电流互感器的故障特点

3.1 绝缘热击穿

高压电流互感器不仅承受高电压还承受大电流。绝缘介质在高电压作用下的介质损耗和电流热效应使得电流互感器的绝缘经受相当大的考验，绝缘耐受温度升高。若绝缘有缺陷，则会出现热损耗增加、绝缘温度升高，如果在超过绝缘材料的工作温度下长期运行，就会造成绝缘热击穿。

电流互感器故障多发生于春季气温上升后或夏季的高温时期。运行 1-3 年的220kV电流互感器故障率较高。电流互感器中H2和烃类气体组分将会持续增长，绝缘缺陷无法自愈。夏季高温时期大约10天左右为一个周期，油中H2和烃类气体组分的含量增长较快。冬季气温较低，油浸式电流互感器H2和烃类气体组分增长放慢，冬季互感器故障率较低。

3.2 局部放电损坏

220kV电流互感器的电容在正常状态下其电压是均匀分布的，若生产制造过程中工艺有缺陷，将会造成电容极板粗糙，绕组线包导线松紧不均、外紧内松、绝缘纸有破损、电容屏损伤绝缘、位置偏移、断裂等缺陷。如果下方的U型卡环卡的过紧将使得绝缘损坏或变形。如果端屏铝箔没有孔眼，那么在非真空下注油的时候，电容屏间会窜入气泡，将会使电容屏间的电压分布改变，使个别部分的电容屏承受较高的电压，很容易出现较强的电晕或局部放电。若处理得不够及时或没有被发现，会使整个电容芯棒的绝缘被击穿而出现严重事故。

3.3 受潮

如果电流互感器端部的密封不够严密而进水受潮，会导致其内部沿导线面放电或者内部局部放电更加剧烈，这是电流互感器绕组绝缘劣化的主要原因。电流互感器下部的U型电容棒的底端离其油箱的底面非常近，雨水进入互感器内的可能会漫过电容芯棒下方，芯棒的弯曲处是绝缘相对薄弱的地方。在正常工作电压的长期冲击下，有可能使主电容屏被放电击穿甚至可能使得整个电容芯棒击穿而发生严重爆炸事故。

3.4 脱气处理和绕组干燥不完全

220kV电流互感器如果不采取真空注油，可能致使内部留有空气，有时候虽然采用了真空注油，如果高真空度不能一直保持较高的水平，或脱气处理的时间不够长，绕组干燥的不完全，那么在高电压和高温的作用下，很可能发生电或热老化绝缘击穿。

3.5 人员操作不当

常见的操作不当行为有注油的工艺未按照规定执行、电容末屏接地不良、一次引线接头未上紧、二次线圈开路等等，因为这些不当操作常导致局部放电或者过热，使油中溶解气体色谱分析结果异常。

4 某变电站220kv电流互感器故障查找与分析

4.1 故障现象

山东某变电所运行人员在做计量月报时，发现110KV母线电量不平衡，经与前几个月的电量相比较，发现某回线的电量明显减少，初步判断某回线的一相电流互感器故障。

4.2 故障查找

电流互感器故障查找，一般可按以下步骤进行：

1）电流互感器回路的仪表指示错误，通常是减小或者显示为零。测量仪表的电流回路如果开路，三相电流表的数值应该不一致，且功率表的数值减小、计量表的转速减慢或者停止。若表针的指示时有时无，则很可能系统处于接触不良的状态；

2）电流互感器是否出现异常的振动、噪声，或冒烟和严重发热等现象；

3）电流互感器的二次回路的端子、元件触点有打火和放电的情况；

4）越级跳闸或者误跳闸时继电保护是否会发生拒动或误动；

5）继电器和电度表烧毁。

以上只是检查电流互感器的一些基本线索，实质上在正常运行中，一次负荷不大，二次无工作，且不是测量用电流回路开路时，电流互感器的二次开路故障是不容易发现的，我们在实际工作中应不断的积累经验，特别在停电检修设备时，维护人员应该谨慎对待每一处可能的隐患，切实提高检修的工程质量。

经过运行人员的认真查找，发现某回线的电流互感器开路发生在二次计量回路上。原因是某电流互感器到电能表屏的电缆接进电能表端子盒后，施工人员忘记将电缆引出导致导致此电流互感器一相开路。

4.3 故障处理

当发生电流互感器有开路现象时，应做好以下工作：

1）若发现电流互感器二次侧开路故障，需要先分清故障电流回路的组别，开路相对继电保护是否有影响，向调度进行汇报，解除有可能发生的误动保护。

2）应减少一次侧的负荷，如果电流互感器损坏严重，则需要转移负荷，进行停电检查，若有旁路母线，应采用旁路进行供电，以确保供电的可靠性。

3）应该在最近的互感器端子上将电流互感器的二次回路短路，再对开路点进行处理和检查，短路时需使用短路专用的短接电缆，短路需确保可靠性，严禁采取熔丝或者一般的导线进行缠绕，并应按图纸进行处理。

4）检查时应注意短接的现象，如果短接出现电火花，则表示短接是有效的，故障点可能就在短接点的回路中，应该进一步仔细查找。如果短接时没有出现电火花，则可能是短接无效，故障点有可能在短接点之前的线路中，应该逐步向前更改短接点，以缩小故障范围。

5）在短接互感器二次回路时，检查人员必须坚持操作监护制，一人监护，一人操作；严禁在电流互感器和短路点之间的线路上进行带电作业；应与带电设备保持足够的安全距离；操作人员必须穿绝缘鞋、戴绝缘手套和使用带高压绝缘把手的工具。

6）在互感器的故障范围以内，需重点检查容易发生故障的元件或端子。针对排查出的故障点，能自行处理的可以立刻处理，投入之前退出的继电保护。如果开路点在互感器二次侧的接线端子上，需立刻停电进行处理。不能现场处理的或者不能够现场查明原因的故障，应该汇报上级主管部门。此时应先将电流互感器二次短路，或转移负荷，停电处理。

7）运行人员自己无法处理，或无法查明原因，应及时汇报上级领导派人处理。如条件允许，应转移负荷后，停用故障电流互感器。

5 结论

电流互感器在电网运行当中发挥着非常重要的作用，所以在日常工作当中，我们应该充分的认识其重要性。加强运行检修人员的技能和职业教育，及时发现运行中存在的隐患，及时地对故障原因进行分析及排除，从而保证电网运行的安全性和稳定性。

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作者简介

孙锐，男，本科，副经理，工程师，国网德州供电公司。