发电机机端计量用电流互感器二次回路开路原因分析

周琳琳，王科斌，余奕

(中国华能海勃湾发电厂，内蒙古 乌海 016000)

1 电流互感器(CT)的分类

电力CT通常分为测量用CT和保护用CT。测量用CT主要分测量用及计量用：计量用为0.2/0.2 S级，用于电能计量；测量用为0.5/0.5 S级，用于测控监视系统。保护用CT主要分稳态保护用及暂态保护用：稳态保护为P/PR/PX级，用于系统短路后的稳态过程；暂态保护用为TPS/TP/TPY/TPZ级，用于系统短路后的暂态过程[1]。

(1)测量用CT。电力系统因故障出现大电流时，测量用CT应对二次测量设备起保护作用，要求CT铁心在较低磁密时饱和，避免因CT二次电流过大而损害二次设备。GB 1208—2006《电流互感器》[2]对测量用CT提出仪表保安系数(FS)的要求，规定FS为5或10，FS越小，由CT供电的二次设备越安全。

(2)保护用CT。电力系统出现短路故障的情况下，要求保护用CT应有一定的准确度，铁心基本不饱和，确保继电保护装置正确动作。GB 1208—2006《电流互感器》[2]要求保护用CT在二次绕组接额定负荷，且一次绕组通过额定准确限值一次电流时，复合误差不超过误差限值；同时，该标准规定应将保护用CT的准确级与额定准确限值系数(ALF)一起标注，如5P15。

2 CT开路的影响

CT正常运行时，二次电流产生的磁通势对一次电流产生的磁通势起去磁作用，励磁电流甚小，铁心中的总磁通很小，二次绕组的感应电动势不会超过几十V。如果二次侧开路，二次电流的去磁作用消失，其一次电流完全变为励磁电流，引起铁心内磁通剧增，铁心处于高度饱和状态，加之二次绕组的匝数很多，根据E=4.44fWΦ(E为发电机输出电压；W为绕组匝数；f为频率；Φ为磁通量)，会在二次绕组两端产生很高(甚至可达数kV)的电压，不但可能损坏二次绕组的绝缘，而且会危及人身安全。再者，由于磁感应强度剧增，使铁心损耗增大，严重发热，甚至烧坏绝缘[3]。因此，CT二次侧开路是绝对不允许的。

由于保护用CT与测量用CT的特性不一样，在开路时测量用CT相对保护用CT危害要小一些。

3 案例分析

某电厂#5机组容量为330 MW，采用北京重型电机厂生产的QFSN-330-2型汽轮发电机组，发电机组采用水氢氢冷却方式。发电机机端及中性点侧每相出线套管处各安装3只CT，总计18只，采用沈阳互感器有限责任公司生产的LRZB1-20型铝(铜)制外圈、环氧树脂浇筑穿芯式CT，电流变比为15 000/5。机端及中性点各有1组CT引出2组二次绕组，二次绕组编号为A411，B411，C411，…，A481，B481，C481，共计8组，分别供发电机变压器组保护、励磁调节器、故障录波器、测量回路、计量回路使用。

3.1 事件经过

某日，运行值班人员发现#5发电机关口计量的电量较往日同等负荷情况下偏少。检修人员到达现场检查，发现#5发电机机端第6组CT B相(端子编号B461)电流偏低(计量关口表专用)，在排除关口表故障的情况下，在发电机本体端子箱内使用专用短封线封住B461和N461这组绕组，用钳型电流表测量发电机侧电流为0.98 A并有上下摆动现象，测量其他CT绕组，包括461的A，C相，均为2.00 A左右，因此判断故障点在发电机机端CT引线处。检查发电机机端CT接线盒处，发现B461二次线绕组的线在螺栓处已断，申请调度同意后停机处理。处理后联系调度申请#5发电机并网，测量各组CT电流正常，关口表恢复正常。发电机解列处理CT开路共耗时80 min。

3.2 处理过程及分析

发电机解列做好相关安全措施后，拆开发电机机端B相CT二次绕组接线防护盒，发现B461的二次绕组引出线已经在接线螺栓连接处齐根断开(如图1所示)，但还保持连接状态。

图1 二次绕组引出线断裂处Fig.1 Fracture of secondary winding leader line

发电机CT引出电缆采用独股6 mm2铜芯线，由于电缆芯发热不严重，此组CT检查无异常。为了不影响机组带负荷，临时剥开电缆绝缘皮后用连接螺栓重新压接，并将发电机8组CT剩余的二次绕组全部拆开进行复查，测量全部二次绕组的绝缘和直阻合格。申请#5发电机并网后，测量各组CT电流正常。

分析此次CT开路情况，判断开路原因为：#5机组启动后，发电机励端#8瓦振动较大，而发电机CT正处于#8瓦正下方，#8瓦振动引起CT引出线接线板振动；同时，剥电缆皮时电缆芯，压出印痕，反复的振动致使CT接线端子B461二次绕组引出在线压接处齐根断裂，造成CT二次开路。从停机前的B461二次电流测量结果分析，当时虽然二次绕组引出线已经断裂，但还有一半的负荷电流通过B461并有上下摆动现象，说明B461虽已断开但还搭接在螺栓上，属于不完全开路状态，伴随机组振动而似接非接，接头处发热，导致电缆外皮部分烧焦，流过的电流偏小。检查过程中轻触电缆，接头处即断开。

为了保证发电机CT运行的可靠性，利用机组检修的机会，更换了CT至就地端子箱的电缆，将原来的独股铜芯线更换为多股软铜线，利用软铜线的柔软性减少机组振动带来的危害；同时，多股软铜线与CT引出线连接时采用焊锡焊接方式，不使用螺栓硬连接方式，进一步提高连接的可靠性。

4 CT开路的几点原因

(1)电流回路均使用试验端子，由于质量、结构设计或检修等原因造成试验端子中间的连片松动、接触不良而开路。

(2)接线时，剥电缆方法不正确，造成多股软线断股，独股线受伤，运行时的振动或摩擦导致铜线完全断开。

(3)使用试验端子两端接线时，电缆的绝缘皮剥开太短，紧螺栓时压住绝缘皮，未压住铜线，造成开路。

(4)室外潮湿处或脱硫厂区的电流端子箱内，电流端子受潮汽或硫腐蚀，造成端子接触不良而开路。

(5)CT二次绕组引出线根部位置不便于检修，检修不到位造成开路。

5 运行维护建议

(1)发电机CT至就地端子箱之间的电缆宜采用多股铜芯软电缆。

(2)CT引出线与电缆宜采用锡焊方式连接，不宜采用螺栓连接，如采用螺栓连接建议使用高压自粘胶带将螺栓两侧连接线包好，防止因振动导致电缆开路。

(3)发电机CT安装位置环境相对比较差，在机组检修期间，一次设备检修人员作业面较大，有可能对二次电缆防护不到位。继电保护人员应经常进行检查，防止因检查不到位而导致开路。

(4)测量CT回路阻值虽然能判断电流回路是否完好，但不能完全体现CT二次绕组引出线的运行状况，建议将就地检查列入机组逢停必检项目。

(5)由于计量绕组的特殊性，机组运行过程中，电流回路存在问题时不像保护组、励磁组电流一样能发出醒目报警，需要运行值班人员在统计电量和巡检关口表时要认真细致，如关口表接入电量采集系统自动统计电量，建议值班员定时手动检查电量，发生此类事件时能及时处理，防止事故扩大。