電流互感器二次側(cè)過壓保護(hù)裝置故障分析

鄭溢強(qiáng)

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司 福建晉江）

一、概述

某S109F級燃?xì)怆姀S220 kV升壓站主接線為雙母線雙分段方式，共配置4套南瑞RCS915AB母線保護(hù)，其中220kVⅡ-Ⅳ母母分21K間隔電流均引入4套母線保護(hù)作為大差啟動判據(jù)。每組電流互感器二次側(cè)電流回路均安裝LTD3500系列過壓保護(hù)裝置，并接于二次繞組兩端，每臺裝置最多可接3組電流互感器，可以有效抵制發(fā)電廠和變電站因電流互感器二次開路引起的事故，保證電力系統(tǒng)的安全運行。

二、事故案例

2015年5月4日07時12分，2號機(jī)帶120 MW負(fù)荷運行中，監(jiān)控后臺發(fā)220 kVⅠ/Ⅱ母第1套母線保護(hù)裝置異常告警，檢查第1套220 kVⅠ/Ⅱ母母線保護(hù)裝置發(fā)“分段2 TA異?！?、“TA異常告警”，07時26分2號機(jī)帶負(fù)荷200 MW運行，監(jiān)控后臺第1套220 kVⅠ/Ⅱ母母線保護(hù)裝置發(fā)“CT斷線告警”，保持2號機(jī)帶負(fù)荷250 MW運行。檢查第1套220 kVⅠ/Ⅱ母母線保護(hù)裝置分段2（分段2間隔為220 kVⅡ-Ⅳ母母分21K間隔）三相電流采樣分別為A相0.48 A、B相0.49 A、C相0.24 A、大差0.5 A、小差0 A，其他參數(shù)正常。檢查220 kVⅡ/Ⅳ母分21K間隔就地匯控柜內(nèi)至第1套220 kVⅠ/Ⅱ母母線保護(hù)裝置電流互感器回路所接LTD3500過壓保護(hù)裝置C相動作，測量電流為0.24 A，復(fù)位后測量電流為0A，告警消失。申請退出第1套220 kVⅠ/Ⅱ母母線保護(hù)，更換過電壓保護(hù)裝置恢復(fù)正常運行方式，設(shè)備各參數(shù)均正確。將故障過壓保護(hù)裝置做校驗，測得各通道壓敏電阻動作電壓130 V可靠不動作，150 V可靠動作，均符合動作電壓特性，但測得正常運行電流0.5A時第二組C相通道泄漏電流10 μA，明顯不符合電流特性，故裝置動作。

三、故障分析及處理方法

1.電流互感器開路故障

交流電流回路中的試驗端子或連接片結(jié)構(gòu)或質(zhì)量存在某些缺陷，運行中發(fā)生螺桿和銅連接片螺孔之間的接觸不良而造成開路；二次回路中二次線端子接頭壓接不緊、壓到絕緣皮，回路中電流很大時，發(fā)熱或氧化嚴(yán)重造成開路；室外端子箱，接線盒受潮，端子螺絲和墊片銹蝕嚴(yán)重造成開路；檢修人員由于工作失誤，忘記將繼電器儀表內(nèi)部的接頭接好，驗收時未發(fā)現(xiàn)。

2.電流互感器二次側(cè)發(fā)生開路的故障現(xiàn)象

（1）回路儀表指示異常，一般是降低或為零，用于測量表計的電流回路開路會使三相電流表指示不一致，功率表指示降低，計量表計轉(zhuǎn)速緩慢或不轉(zhuǎn)，保護(hù)采樣值一不致或無采樣，如表計指示時有時無，則可能處于半開路狀態(tài)（接觸不良）。

（2）電流互感器本體有無噪聲，振動不均勻，嚴(yán)重發(fā)熱，冒煙等現(xiàn)像，這些現(xiàn)象在負(fù)荷小時表現(xiàn)并不明顯。

（3）電流互感器二次回路端子、元件線頭有放電、打火現(xiàn)象。

（4）電度表、繼電器等冒煙燒壞，有功功率表及電度表、遠(yuǎn)動裝置的變送器、保護(hù)裝置的繼電器燒壞，不僅會使電流互感器二次開路，還會使電壓互感器二次短路。

（5）繼保發(fā)生誤動或拒動，這種情況可以誤跳閘或越級跳閘時發(fā)現(xiàn)并處理。

3.處理方法

（1）首先查看升壓站的檢修工作，發(fā)現(xiàn)近一個月未有檢修工作；查看各近一周的負(fù)荷曲線，220 kVⅡ/Ⅳ母分21K間隔電流最高達(dá)到1 A，但并未發(fā)生告警，初步判斷不存在人為導(dǎo)致母線保護(hù)裝置發(fā)告警。

（2）檢查現(xiàn)場電流互感器二次回路端子及元件，均無放電、打火現(xiàn)象，確認(rèn)電流互感器二次側(cè)不存在開路情況。

（3）通過檢查母線保護(hù)裝置的采樣值可以再次確認(rèn)電流互感器沒有開路，從母線保護(hù)裝置采樣值中可以分析，C相電流存在分流情況。由于過壓保護(hù)裝置并聯(lián)在電流互感器的兩端（即：并聯(lián)在電流互感器的S1和S2端），加上至保護(hù)裝置電流回路的C相過壓保護(hù)動作，故判斷過壓保護(hù)裝置分流，在電流互感器不存在開路的情況下，復(fù)位過壓保護(hù)裝置，鉗得至過壓保護(hù)裝置電流值為零，母線保護(hù)裝置告警返回，查看分段2間隔電流采樣值A(chǔ)相0.49 A、B相0.49 A、C相 0.48 A、大差為0 A、小差 0 A。

圖1 單相接線圖

4.事件故障分析

正常情況下，電流互感器所接的二次負(fù)載接近于短路狀態(tài)，而所并聯(lián)的壓敏電阻處于開路狀態(tài)，此時二次負(fù)載獲得全部的電流，而壓敏電阻只有很小的泄漏電流，可以忽略不計，過壓保護(hù)裝置不應(yīng)動作。在有負(fù)荷情況下考慮到二次負(fù)載為小電阻（二次負(fù)載電阻和匯控箱至保護(hù)裝置的電纜電阻之和），在匯控箱的電流互感器二次側(cè)電壓不會為零，隨著負(fù)荷的增加，二次電壓也隨著變大，那么壓敏電阻所接受的電壓會隨著負(fù)荷電流的增加而變大，與之同時泄漏電流也會變大，但不足以使過壓保護(hù)裝置動作。某廠家提供的LTD3500系列過電壓保護(hù)裝置內(nèi)的壓敏電阻電流特性不合格，在額定電流下，壓敏電阻的泄漏電流超出標(biāo)準(zhǔn)的10倍，這使得壓敏電阻誤動作。此時，壓敏電阻處于短路狀態(tài)，將分走一半的電流，保護(hù)采樣值為其它采樣值的一半。

四、過電壓保護(hù)裝置工作原理

（1）保護(hù)原理。保護(hù)裝置的基本元件是壓敏電阻Zn0，它并聯(lián)于電流互感器二次側(cè)保護(hù)繞組兩端，正常運行時壓敏電阻兩端的電壓＜20 V。此時壓敏電阻處于近似斷路的高阻狀態(tài)，通過它的電流稱為泄漏電流，對該回路保護(hù)動作值和表計準(zhǔn)確度的影響可以忽略不計。當(dāng)電流互感器二次回路開路或一次繞組出現(xiàn)異常過流時，在二次繞組中產(chǎn)生的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常運行電壓，此時并接的壓敏電阻瞬間進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。由于壓敏電阻的固有特性，過電壓被有效地限制在選定值以下，進(jìn)入穩(wěn)定的短路狀態(tài)，從而徹底避免了過電壓危害。

（2）接線圖（以單相接線方式為例，如圖1）。電流互感器二次繞組接線方式為星形連接，二次繞組A、B、C對應(yīng)連接在保護(hù)裝置A、B、C接線端子上，A、B、C三相二次中性點（虛地N）連接在保護(hù)器的N接線端子上。當(dāng)二次側(cè)繞組開路產(chǎn)生的過電壓使保護(hù)裝置迅速動作將電流互感器二次側(cè)繞組短路，面板上自動顯示故障部位，并有無源接點信號輸出。故障排除后，按手動復(fù)位按鈕，即可恢復(fù)原狀態(tài)。

五、過電壓保護(hù)裝置誤動對保護(hù)的影響

圖2 典型電流互感器二次回路

電流互感器的作用為將一次的大電流成正比地轉(zhuǎn)換為二次的小電流，提供給繼電保護(hù)、計量和測量監(jiān)控等裝置，這些裝置統(tǒng)屬于二次設(shè)備。在發(fā)電廠和變電站的二次設(shè)備中，信號顯示功率計算，異常監(jiān)測和線路保護(hù)的判斷依據(jù)都是要經(jīng)過電流互感器采樣，雷電電磁脈沖很容易從電流互感器侵入二次系統(tǒng)造成對電子設(shè)備的損壞，甚至造成系統(tǒng)的癱瘓，所以對電流互感器后端的電子設(shè)備的保護(hù)是至關(guān)重要的。為了提高防護(hù)質(zhì)量，在電流互感器的低壓側(cè)進(jìn)入控制配電柜處安裝電流互感器二次側(cè)過電壓保護(hù)器。經(jīng)過雙層保護(hù)，使從互感器竄入的雷電流基本能夠控制在承受的額度之內(nèi)，從而保護(hù)整個系統(tǒng)的正常運行。

圖2表示了一種典型的電流互感器二次回路，電流互感器二次開路可能發(fā)生在二次繞組，可能發(fā)生在接線端子處，也可能是由于二次電纜斷裂導(dǎo)致，這種情況下，電流無法傳變至二次設(shè)備，不可避免的會對二次設(shè)備造成影響。對于繼電保護(hù)裝置的影響最為關(guān)鍵，因為目前的繼電保護(hù)絕大部分是需要準(zhǔn)確即時地獲得電流數(shù)據(jù)才能判斷故障。繼電保護(hù)中將因電流互感器二次回路開路等問題導(dǎo)致保護(hù)無法得到電流數(shù)據(jù)稱為TA斷線。TA斷線時，即使被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障，利用電流數(shù)據(jù)的保護(hù)往往無法起到作用，對于差動保護(hù)，甚至可能在非故障情況下誤動作，對于具有獨立電流回路雙套保護(hù)，其中一套保護(hù)出現(xiàn)TA斷線，另一套保護(hù)可正常執(zhí)行保護(hù)功能。當(dāng)過電壓保護(hù)裝置誤動作后，電流將分流至過電壓保護(hù)裝置，繼電保護(hù)仍無法準(zhǔn)確獲得全部電流，這是導(dǎo)致繼電保護(hù)發(fā)告警的原因，甚至?xí)鸨Ｗo(hù)誤動作、越級跳閘。