电流互感器二次回路端子松动故障分析

王松，兀鹏越，孙钢虎，王智高，甘江华

（1.中国电力工程顾问集团中南电力设计院，武汉 430071；2.西安热工研究院有限公司，西安 710032；3.许继集团有限公司，河南 许昌 461000）

电流互感器二次回路端子松动故障分析

王松1，兀鹏越2，孙钢虎2，王智高1，甘江华3

（1.中国电力工程顾问集团中南电力设计院，武汉 430071；2.西安热工研究院有限公司，西安 710032；3.许继集团有限公司，河南 许昌 461000）

描述了一起电流互感器二次回路接触不良导致发电机差动保护误启动的事故经过，通过电流互感器电路模型对电流互感器二次绕组开路过电压产生的机制进行了分析，并在实验室进行了电流互感器二次开路试验，定性验证了过电压与一次电流的关系。最后给出了排查电流互感器二次回路接触不良的几种方法。

电流互感器；二次回路；过电压；差动保护；误启动；接触不良

0 引言

运行电流互感器二次回路开路是电气工作中的大忌，会感应很高的开路电压，造成人身伤亡、设备损坏、停电、保护动作等重大事故。因此，在电流互感器二次回路工作中，电气技术人员采取各种方法，避免此类事故的发生。一般而言，电流二次回路直接开路的故障很容易发现，高电压会导致互感器发热、断口击穿等严重的后果。而电流二次回路接触不良故障往往很难在设备投运之初被发现，而是随着时间的推移在运行过程中逐步发展，最终导致的后果可能更为严重，为了消除此类问题付出的代价也更大。因此，对于电流二次回路接触不良问题要给予高度重视，有必要对此类问题进行研究［1-4］。

1 系统概况

某电厂本期工程扩建2台660MW发电机组，2台机组均采用发电机变压器组（以下简称发变组）单元接线，以220 kV电压、双母线方式接入系统。发电机出口不设断路器，发电机与主变压器、励磁变压器和厂用工作变压器均用离相封闭母线相连接。发电机采用自并励静止励磁系统。发变组保护采用国电南自DGT-801系列发变组成套保护装置，双重化配置。

2 事故经过

2013年11月26日，＃1机组运行（660MW机组带500MW负荷）中电机保护出现短时的C相差动保护启动（未出口），C相电流短时异常，波形如图1所示。此过程中电压无异常，A，B相电流无异常，除了此绕组外其余绕组C相电流也无异常。

图1 电流回路故障波形

由录波器及保护装置录波发现，电流互感器（CT）波形出现了短时的畸变，怀疑是互感器铁芯饱和所致。根据有关资料，导致电流互感器饱和的原因有铁芯剩磁、一次电流过大以及二次回路负载过大等。由于仅有机端CT的一组绕组出现问题，其余绕组均正常，因此，基本可以确认该二次绕组回路存在异常。

由于机组不能停运，检修人员在运行中对该CT二次绕组回路进行了检查，回路完整，未发现明显异常情况。

进一步检查需要停机，鉴于无法立即停机，经电厂专业人员探讨，总工批准，将＃1机组A套发电机差动保护跳闸压板退出，只投报警。

同时，该电厂检修部积极联系设备厂家、省电力科学研究院等部门，分析问题原因。由于该故障仅短时发生，以后再无重现，有价值的信息仅有故障录波波形，因此无法找出确切原因，各相关单位给出的分析均无定论。

2014年4月1日，机组按计划大修。停机后，检修人员对整个二次回路进行细致的排查。在故障录波器处发现发电机电流A，B，C三相接线端子中部呈炭化状（如图2所示），从而确认了故障点。由于端子排击穿位置在端子中心位置，外部观察难以发现，此前在运行中未能发现。更换全部端子排后，机组投入运行。

图2 被击穿的端子排

3 电流互感器二次开路原因分析

3.1 电流波形畸变分析

电流互感器等值电路如图3所示。图3中：I1为一次电流；I2为二次电流；I0为励磁电流；R0为励磁回路电阻；X0为励磁回路电抗；R2′为二次绕组的电阻；X2′为二次绕组的电抗；Rz′为折算后二次负荷的电阻；Xz′为折算后二次负荷的电抗。

图3 电流互感器等值电路

I2发生畸变，原因在于互感器铁芯饱和。图4a为电流互感器近似磁化曲线（图中：B为磁感应强度；H为磁场强度），图4b中虚线是一次电流波形，实线是二次电流波形［5-7］。由于过了饱和点以后，一次电流无法传递到二次侧，所以二次电流发生了畸变。

图4 电流波形畸变分析

图5为实验室实测的TA饱和以后的二次电流波形［8］，可以看出和本文事故波形有相似性。

图5 实测的TA饱和后的一、二次电流波形

3.2 电流互感器开路过电压分析

电流互感器二次开路后，当一次绕组流过电流时，由于二次磁动势不存在，一次磁动势全部用来励磁，则励磁磁势为

铁芯中的磁密急剧增加达到饱和，磁通波成为平顶波。由电磁感应定律可知E2＝-（式中：E2为感应电动势；Φ为二次绕组匝链的磁通），所以在一个周波内，当磁通由正变到负或者由负变到正时，二次感应电势急剧上升，而在磁通饱和变化平缓期间，二次感应电势很小。磁通及二次感应电势的波形如图6所示，由图6可知，二次绕组中的感应电势峰值很高，即开路电压很高［2］。

图6 电流互感器开路时的磁通和电压波形

在额定一次电流下的二次开路电压可按照下述经验公式计算［2］

式中：Ek为二次开路电压（峰值），V；N2r为额定二次匝数，本例中为5 600；A0为铁芯有效截面积，150 cm2；f为电源频率，50 Hz；L0为平均磁路长度，300 cm；I1r为额定一次电流，20 000 A；N1r为额定一次匝数，1；K为系数，与铁芯材质和铁芯形式有关，冷轧硅钢板卷铁芯取4.13×10-2，铁芯取2.59×10-2。粗略估算，此次事故中CT二次完全开路电压

可见，运行中CT开路电压瞬时峰值是非常高的，足以在开路的瞬间在断口处击穿空气，形成电弧，将端子排等击穿烧毁，造成严重的后果。以上计算结果再次说明电流互感器二次开路是非常严重的事故，工作中必须杜绝此类故障。

3.3 电流互感器二次开路的试验

为了实测电流互感器二次开路时的过电压情况，在实验室进行了电流互感器二次开路的试验。

试验采用的互感器变比为100 A／5 A，容量为2.5V·A，精度等级为0.2。在互感器一次侧分别通入50Hz额定交流电流100A和200A，电流互感器二次绕组开路电压波形如图7所示，可以看出电压已经不再是正弦波，而是畸变为尖顶波，随着一次电流的增大，尖顶波峰值增高，与以上理论分析吻合。

图7 电流互感器二次开路时电压实测波形

4 事故原因分析

由以上分析可知，在此次事故中，由于某种原因（投运时端子排螺丝紧固不到位、长期运行中机组振动等），故障录波器处电流端子排在运行中出现接触不良，导致电流二次回路瞬时开路。二次回路开路以后，互感器二次负载突然变大，导致互感器铁芯饱和，引起电流互感器二次电流波形畸变。由于发电机差动保护的另一组电流正常，此畸变电流在差动保护中形成差流，导致差动保护启动。但由于差流较小，差动保护启动后又返回，未出口跳闸。

电流二次回路开路瞬间，在开路处过电压产生电弧并发热，迅速将端子排烧融，导致其炭化。

5 排查电流互感器二次回路接触不良的方法

鉴于电流互感器二次回路接触不良故障不像开路故障那样容易发现，因此，对于此类问题的排查需要给予特别的关注，需要在工作的不同阶段采取不同的检查方法。

5.1 回路检查

在电流回路二次接线阶段，就要进行电流二次回路检查，对所有电流回路的端子排螺丝进行紧固，这是最基本的工作。

5.2 直阻测量法

如图8所示，在本体端子箱处断开A，B，C相试验端子联接片，在端子两侧用万用表200Ω电阻档测量各相相对于N相的电阻。当测量电流互感器二次侧绕组时，应测量到绕组的二次直流内阻，幅值约零点几欧姆，但三相平衡；当测量电流回路负载侧时，各相负载一般不大于1Ω，基本平衡；最后，在每相端子连接片断口上测量A-A，B-B，C-C均应导通，即说明电流回路无开路。检查无异常后，恢复接线，将A，B，C相试验端子联接片连接起来并紧固螺丝［9-10］。

图8 电流回路完整性检查

5.3 二次通流法

试验时用电流源（继电保护测试仪等）经CT端子箱注入电流。先分相加入不同电流，如Ia＝0.5 A，Ib＝1.0A，Ic＝1.5 A，然后在二次回路流经的各个保护、测量设备处检查三相数值是否一致，确认相序正确。然后再向三相回路加入额定电流，在CT端子相处测量二次负担。在三相负载平衡的情况下，如果各相二次回路压降差别较大，应检查压降较大相是否有螺丝松动、接触不良等现象［10］。

5.4 温度测量法

在电流互感器投入运行并带一定负荷运行后，此时二次回路已有负荷电流流过。当某些端子有接触不良的故障，由于接触电阻的存在，当电流流过时会发热。因此，当设备运行后，通过测量电流回路的温度可以发现此类问题。可以采取红外测温的方法，在运行中定时对电流回路进行检查，发现问题及时处理。

6 结束语

电流互感器二次回路瞬时开路后，会导致互感器铁芯饱和，电流波形畸变。而电流互感器二次回路开路过电压有可能将开路断口击穿并形成稳定电流回路，因此对于电流互感器二次电流波形异常必须给予足够重视。

［1］凌子恕.高压互感器技术手册［M］.北京：中国电力出版社，2005：46-50.

［2］肖耀荣，高祖绵.互感器原理与设计基础［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，2003：107-108.

［3］国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答［M］.北京：中国电力出版社，1999.

［4］高齐利.继电保护缺陷微机化管理及应用探索［J］.电网与清洁能源，2008，24（5）：25-27.

［5］陈建玉，孟宪民，张振旗，等.电流互感器饱和对继电保护影响的分析及对策［J］.电力系统自动化，2000，24（6）：54-55.

［6］兀鹏越，王团结，陈少华，等.利用一次电流检验电流互感器二次回路的方法［J］.电力建设，2011，32（2）：115-117.

［7］DL／T 995—2006继电保护和电网安全自动装置检验规程［S］.

［8］蔡耀红，缪仙荣.抗电流互感器饱和电流继电器的研究与应用［J］.华东电力，2001（2）：47-48.

［9］秦苓，刁敏，孙钢虎，等.发变组二次回路调试基本方法（下）［J］.电工技术，2013（7）：68-69.

［10］兀鹏超，卫娟萍，孙钢虎，等.电流二次回路调试的两种实用方法［J］.电力科学与工程，2012，28（9）：29-30.

（本文责编：刘芳）

TM 452

：B

：1674-1951（2015）04-0019-03

王松（1972—），男，湖北武汉人，部门主任，工程师，从事发电厂电气设计及EPC工程管理工作。

兀鹏越（1976—），男，陕西蓝田人，调试总工程师，高级工程师，工学硕士，从事发电厂电气调试和机组启动调试技术研究工作（E-mail：wupengyue＠tpri.com.cn）。

孙钢虎（1964—），男，陕西西安人，副总工程师，高级工程师（教授级），从事电站启动调试及其相关技术研究工作。

王智高（1988—），男，辽宁沈阳人，工程师，工学硕士，从事发电厂电气调试和机组启动调试技术研究工作。

甘江华（1976—），男，江西高安人，高级工程师，工学硕士，从事电力系统电气设备研究开发工作。

2014-09-30；

2014-12-20