二次開路對電流互感器的影響及搶修預案

張巖

（朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司原平分公司，山西忻州034000）

二次開路對電流互感器的影響及搶修預案

張巖

（朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司原平分公司，山西忻州034000）

電流互感器是牽引變電所作為測量和保護用途的重要設(shè)備，可將高電壓大電流轉(zhuǎn)換成低電壓小電流。在實際運行中，電流互感器二次嚴禁開路。通過對朔黃鐵路原平分公司某變電所35kV電流互感器一起二次開路故障進行排查，分析電流互感器二次開路的原因及其影響。針對該故障處理方案進行總結(jié)，并形成一套搶修預案，為處理同類故障提供借鑒。

電流互感器；二次開路；絕緣；危險源；風險控制；搶修預案

電流互感器作為重載鐵路牽引變電所的重要組成部分，其作用是監(jiān)測系統(tǒng)一次電流與二次電流，為整個變電所的電流計量、測量與保護提供依據(jù)。如果電流互感器發(fā)生二次開路故障，輕則影響電力系統(tǒng)的正常監(jiān)測，重則造成微機保護裝置中電流保護如差動保護的誤動跳閘，可直接導致牽引線路斷電，影響電力機車行駛。在處理此類故障過程中，不僅要分析故障原理，還應(yīng)提供一整套應(yīng)急處理預案，以便高效解除故障威脅，最大程度地保證設(shè)備安全[1]。

1 隱患現(xiàn)象

在一次變電所例行巡視中，發(fā)現(xiàn)某變電所35kV電力系統(tǒng)電流互感器B相底部有冒煙現(xiàn)象，并伴有焦味，立刻通知值班員辦理35kV系統(tǒng)停電作業(yè)工作票。檢修人員在隱患現(xiàn)場進行檢查，初步判斷可能有以下3種原因：（1）電流互感器本體繞組存在缺陷；（2）35kV電力系統(tǒng)變壓器所帶負荷過大，使電流互感器二次繞組電流長時間增大；（3）電流互感器二次回路存在開路。

經(jīng)過現(xiàn)場分析，第1、2種原因均被排除，理由如下：

（1）檢修人員對電流互感器三相分別進行單體試驗，對比往年試驗報告（見表1），其繞組試驗數(shù)據(jù)無異常變化。根據(jù)試驗要求，電流互感器的介損測量電壓應(yīng)為10kV，繞組介損正切值不應(yīng)大于2.5%[2]；同型號、同規(guī)格、同批次電流互感器一、二次繞組的直流電阻和平均值的差異不宜大于10%[2]。根據(jù)對比，試驗電流互感器數(shù)據(jù)合格，本體繞組不存在缺陷。

（2）根據(jù)變電所值班員反映，35kV變壓器所帶負荷沒有變化，其運行過程中，35kV系統(tǒng)沒有短路或接地等故障出現(xiàn)。

結(jié)合以上數(shù)據(jù)及分析，可以判定該電流互感器二次回路存在開路。

表1 電流互感器直阻和介損數(shù)據(jù)

2 原因分析

檢修人員根據(jù)以往經(jīng)驗，在隱患現(xiàn)場初步歸納出可能造成電流互感器二次開路的2種原因，并逐一進行分析。

（1）環(huán)境因素。電流互感器二次端子及接線長期處于風吹日曬、雨雪澆淋等環(huán)境下，二次端子及電纜銹蝕、老化造成開路。

（2）人為因素。在施工或檢修完成后，在電流互感器二次回路上辦理的措施沒有恢復，造成開路。

該電流互感器運行超過10年，二次電纜并非鎧裝電纜，其抗拉、抗壓等機械保護強度弱，二次電纜在B相基座頂部匯集，沒有PVC管穿管防護，長期暴露在自然環(huán)境下。對電流互感器二次回路分2步進行校線：

第一步：電流互感器本體至地面端子箱側(cè)，使用萬用表蜂鳴檔測試，差動線圈二次線A411對N411不通，B411、C411相對N411導通，后備線圈二次線A421、B421、C421三相均對N421導通。

第二步：地面端子箱至保護裝置側(cè)，甩開電流互感器連片后，使用萬用表蜂鳴檔測試，差動線圈二次接線A411、B411、C411三相均對N411導通，后備線圈A421、B421、C421三相均對N421不通。

通過分析校線結(jié)果，電流互感器A相差動二次回路不通，在電流互感器二次開路的高壓與發(fā)熱情況下，加上風雨侵蝕，使線纜發(fā)生斷裂（見圖1）。而后備線圈A421、B421、C421三相均對N421不通，可以確認為此次電流互感器二次線纜燒損的主要原因。通過對電流互感器后備二次回路線纜敷設(shè)方向的查找，在10kV高壓室電纜井附近，發(fā)現(xiàn)部分電纜進行絕緣包扎后盤在電纜溝內(nèi)，經(jīng)過校線，確認其中1根7芯電纜為電流互感器二次線圈后備回路電纜，隱患原因查明。由于施工單位在10kV配電設(shè)備改造中，對電源進線保護裝置原理不了解，拆除舊有保護裝置二次電流線后盲目處置，造成此次隱患。

圖1 電流互感器二次開路電纜燒損

3 原理分析

在電流互感器等值電路中（見圖2），一次電流為IP，二次電流為IS，勵磁電流為Ie，變比為K，二次繞組電抗為XS，二次繞組電阻為RS，負荷阻抗為Zb，二次阻抗Z2=XS+RS+Zb，電流誤差X=Ie/（Ie+IS）。

正常運行時，電流互感器二次短路，Zb遠小于Ze，IS遠大于Ie，流過Ze的電流Ie使互感器二次回路產(chǎn)生一定電流誤差X。此時二次電壓U2正常=[（1-X）IP/K]Zb；當電流互感器二次開路時，外接負荷回路開路，此時二次電壓U2開路=（IP/K）Ze。

圖2 電流互感器等值電路

由于IP/K=Ie+IS，當二次開路時，IS=0，IP/K=Ie，二次感應(yīng)電流全部轉(zhuǎn)化為勵磁電流。由于Ze遠大于正常運行時接近短路的Zb，而正常運行時，電流誤差X極小，（1-X）IP/K卻和IP/K差距不大，所以（IP/K）Ze遠大于

當二次感應(yīng)電流全部轉(zhuǎn)化為勵磁電流后，磁動勢增大，鐵芯磁通迅速飽和，當鐵芯磁通達到極限時，勵磁阻抗Ze最小[3]，也就是說，電流互感器鐵芯磁通飽和后，U2開路=（IP/K）Ze會急劇降低，如此反復。二次開路電壓與鐵芯磁通變化非正弦曲線見圖3，其中：二次開路電壓為U，鐵芯磁感應(yīng)強度為B，鐵芯磁場強度為H，時間為t。

圖3 二次開路電壓與鐵芯磁通變化非正弦曲線

4 認識誤區(qū)

4.1 誤區(qū)一

電流互感器二次匝數(shù)遠大于一次，N2/N1=K=I1/I2；電壓互感器一次匝數(shù)遠大于二次，N1/N2=K=U1/U2。當電流互感器二次開路時，與電壓互感器結(jié)構(gòu)相同，則電流互感器二次電壓很高。

正確解釋：電流互感器一次繞組串聯(lián)于系統(tǒng)，其一次阻抗極小，而電壓互感器及變壓器一次繞組并聯(lián)于系統(tǒng)，一次電壓等于系統(tǒng)電壓。所以，電流互感器二次電路開路后，二次側(cè)的高電壓不是由其一次電壓升壓造成的。

4.2 誤區(qū)二

電流互感器二次開路后，用萬用表測量二次電壓，只有很低的電壓（如100V），所以電流互感器二次開路后，電壓升得并不高。

正確解釋：電壓表測量二次電壓，采集的是正弦波電壓有效值，而二次開路高電壓，為畸變波峰值電壓，即瞬時值。對于畸變波形，兩者無有效聯(lián)系。

5 搶修預案

5.1 發(fā)現(xiàn)故障

電流互感器二次開路故障，一般可從以下現(xiàn)象進行檢查判斷：

（1）二次測量儀表讀數(shù)異常，一般是降低或為0。三相電度表電流讀數(shù)異常、功率表讀數(shù)異常、計量表計轉(zhuǎn)速緩慢或不轉(zhuǎn)。若表計讀數(shù)有時走、有時不走，則可能處于半開路狀態(tài)。

（2）電流互感器本體有異常聲響，值班人員可目視到電流互感器發(fā)熱、冒煙現(xiàn)象。

（3）電流互感器二次回路端子有放電、閃光現(xiàn)象。

（4）微機保護裝置發(fā)生拒動或誤動。

（5）電度表、繼電器等元器件冒煙燒毀。

5.2 準備工作

（1）故障信息反饋。若是修試工隊檢修人員現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，應(yīng)向變電所值班員、修試工隊當班領(lǐng)導匯報故障現(xiàn)象；若是由變電所值班員通知修試工隊值班室，應(yīng)與變電所值班員電話聯(lián)系，詳細了解故障現(xiàn)象。

（2）向變電所值班員申報作業(yè)計劃。

（3）召開緊急預想會，在預想會上進行以下工作。

（4）針對設(shè)備缺陷和異常情況進行分析，制定處理方案。

（5）根據(jù)處理方案確定人員分工。

（6）各分工人員預想檢修、試驗項目及需要準備的儀器、材料。

（7）儀器、材料準備。

5.3 查找故障前應(yīng)采取的安全措施

安全措施：（1）工作領(lǐng)導人、安全員應(yīng)配帶相應(yīng)工作標識。工作領(lǐng)導人審核工作票無誤后，會同值班員辦理停電措施及安全措施。（2）辦理工作票應(yīng)嚴格執(zhí)行工作票制度。與電流互感器相連接的可能來電方向必須有明顯的斷開點，并在靠近電流互感器側(cè)各相引線上各掛1組單相接地線,用警示繩將作業(yè)區(qū)設(shè)備與運行設(shè)備隔開。（3）工作票辦理結(jié)束后，工作領(lǐng)導人工作前應(yīng)向工作班組成員宣講工作票，并詳細說明現(xiàn)場安全措施。

危險源辨識與風險預控見表2。

表2 危險源辨識與風險預控

5.4 故障查找

開始作業(yè)后，首先應(yīng)確定故障源的位置，即分析故障原因。電流互感器二次開路，故障原因可能有以下2種：

（1）電流互感器本體故障。表現(xiàn)為電流互感器二次繞組開路，開路端形成高電壓擊穿端子。

（2）電流互感器二次回路故障。表現(xiàn)為二次回路接觸不良或二次線纜絕緣遭到破壞，受到機械、化學侵蝕損傷。

針對第1種原因，可對電流互感器進行單體全項目試驗。將試驗數(shù)據(jù)與標準對比，并與歷年試驗報告進行縱向比較，可判斷是否為電流互感器本體缺陷。若為電流互感器本體繞組缺陷，則應(yīng)進行電流互感器的整體更換。

針對第2種原因，可對電流互感器二次回路進行校線檢測，將地面端子箱該電流互感器端子排二次回路連片打開，分別進行如下校驗：

（1）電流互感器本體二次端子至端子排進線端回路完整性。

（2）端子排出線端至保護或電度表進線端回路完整性。

校驗方法為：將萬用表打至蜂鳴檔，確認電流互感器本體二次端子與保護或電度表進線端子接線牢固，用紅、黑表筆分別插入端子排進線側(cè)或出線側(cè)A、N，B、N，C、N端子上，若蜂鳴器響，則表示回路接觸良好，若測試某相時蜂鳴器不響，則表示該相電流互感器本體二次端子至端子排進線端，或端子排出線端至保護或電度表進線端回路開路。

在判斷出開路側(cè)后，需要考慮以下3種因素，以加快查找故障點速度，提高效率。

（1）外部環(huán)境因素。表現(xiàn)為室外端子轉(zhuǎn)接箱、本體接線盒長期處在太陽暴曬、風吹雨淋等外部環(huán)境下，端子連接片、螺栓和墊片銹蝕過度造成開路。

（2）材料缺陷因素。電流端子由于材質(zhì)原因，或設(shè)計連接片尺寸不夠的缺陷造成接觸不良，運行一段時間后造成開路及二次端子壓接不緊，回路中電流很大時，發(fā)熱燒斷或氧化過重使其開路。

（3）工作人員的失誤。在施工或檢修完成后，工作人員忘記恢復已甩開的電流端子，或者未扭緊接線螺絲而造成開路。

5.5 故障處理

查找出故障點后，應(yīng)將開路點恢復，使電流互感器二次回路保持導通，若因二次開路導致的高電壓與過熱使二次電纜受損，還應(yīng)更換二次電纜。電纜敷設(shè)應(yīng)按如下流程進行：（1）核查電纜規(guī)格數(shù)量；（2）確定電纜敷設(shè)位置；（3）確定電纜走向；（4）清理電纜溝道；（5）做好電纜標志；（6）電纜外觀及絕緣檢查；（7）按施工圖電纜清冊敷設(shè)；（8）電纜整體排扎；（9）電纜防護。

故障處理完畢后，應(yīng)對電流互感器進行極性校驗與加流傳動試驗，確認二次回路接線正確。

6 結(jié)束語

變電所值班人員與檢修人員應(yīng)充分認識到電流互感器二次開路的嚴重性。在工作中，值班人員應(yīng)加強巡視，檢修人員應(yīng)執(zhí)行標準化作業(yè)程序，對已辨識出的危險源嚴格管控，在面臨電流互感器二次開路故障時，不緊張慌亂，嚴格遵守應(yīng)急預案的相應(yīng)步驟進行處理，準確高效消除故障，保證變電所電力系統(tǒng)安全運行。

[1]張克云. 提高高速鐵路應(yīng)急處置水平的思考[J]. 中 國鐵路，2017(3)：51-54.

[2]GB 50150—2006 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試 驗標準[S].

[3]凌子恕. 高壓互感器技術(shù)手冊[M]. 北京：中國電力 出版社，2005.

Impact of Secondary Open Circuit on Current Transformers and Plan for Quick Repair

ZHANG Yan
（Yuanping Branch of Shuohuang Railway Development Co Ltd，Xinzhou Shanxi 034000，China）

The current transformer is an important equipment for measurement and protection at traction substations. It converts high-voltage high-current electricity into low-voltage and low-current one. In actual operation, secondary open circuit is forbidden for the current transformer. This paper looks into a secondary open circuit fault on 35 kV current transformers in a substation of the Yuanping branch of Shuohuang Railway Development Co Ltd, the reasons behind it and the impact. It gives a summary of the solution to the problem and offers a plan for quick repair for similar cases.

current transformer；secondary open circuit；insulation；source of danger；risk control；quick repair plan

U224

B

1001-683X（2017）11-0072-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.11.072

張巖（1986—），男，工程師。E-mail：58501853@qq.com

責任編輯 盧敏

2017-01-27