二次开路对电流互感器的影响及抢修预案

张岩

（朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州034000）

二次开路对电流互感器的影响及抢修预案

张岩

（朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州034000）

电流互感器是牵引变电所作为测量和保护用途的重要设备，可将高电压大电流转换成低电压小电流。在实际运行中，电流互感器二次严禁开路。通过对朔黄铁路原平分公司某变电所35kV电流互感器一起二次开路故障进行排查，分析电流互感器二次开路的原因及其影响。针对该故障处理方案进行总结，并形成一套抢修预案，为处理同类故障提供借鉴。

电流互感器；二次开路；绝缘；危险源；风险控制；抢修预案

电流互感器作为重载铁路牵引变电所的重要组成部分，其作用是监测系统一次电流与二次电流，为整个变电所的电流计量、测量与保护提供依据。如果电流互感器发生二次开路故障，轻则影响电力系统的正常监测，重则造成微机保护装置中电流保护如差动保护的误动跳闸，可直接导致牵引线路断电，影响电力机车行驶。在处理此类故障过程中，不仅要分析故障原理，还应提供一整套应急处理预案，以便高效解除故障威胁，最大程度地保证设备安全[1]。

1 隐患现象

在一次变电所例行巡视中，发现某变电所35kV电力系统电流互感器B相底部有冒烟现象，并伴有焦味，立刻通知值班员办理35kV系统停电作业工作票。检修人员在隐患现场进行检查，初步判断可能有以下3种原因：（1）电流互感器本体绕组存在缺陷；（2）35kV电力系统变压器所带负荷过大，使电流互感器二次绕组电流长时间增大；（3）电流互感器二次回路存在开路。

经过现场分析，第1、2种原因均被排除，理由如下：

（1）检修人员对电流互感器三相分别进行单体试验，对比往年试验报告（见表1），其绕组试验数据无异常变化。根据试验要求，电流互感器的介损测量电压应为10kV，绕组介损正切值不应大于2.5%[2]；同型号、同规格、同批次电流互感器一、二次绕组的直流电阻和平均值的差异不宜大于10%[2]。根据对比，试验电流互感器数据合格，本体绕组不存在缺陷。

（2）根据变电所值班员反映，35kV变压器所带负荷没有变化，其运行过程中，35kV系统没有短路或接地等故障出现。

结合以上数据及分析，可以判定该电流互感器二次回路存在开路。

表1 电流互感器直阻和介损数据

2 原因分析

检修人员根据以往经验，在隐患现场初步归纳出可能造成电流互感器二次开路的2种原因，并逐一进行分析。

（1）环境因素。电流互感器二次端子及接线长期处于风吹日晒、雨雪浇淋等环境下，二次端子及电缆锈蚀、老化造成开路。

（2）人为因素。在施工或检修完成后，在电流互感器二次回路上办理的措施没有恢复，造成开路。

该电流互感器运行超过10年，二次电缆并非铠装电缆，其抗拉、抗压等机械保护强度弱，二次电缆在B相基座顶部汇集，没有PVC管穿管防护，长期暴露在自然环境下。对电流互感器二次回路分2步进行校线：

第一步：电流互感器本体至地面端子箱侧，使用万用表蜂鸣档测试，差动线圈二次线A411对N411不通，B411、C411相对N411导通，后备线圈二次线A421、B421、C421三相均对N421导通。

第二步：地面端子箱至保护装置侧，甩开电流互感器连片后，使用万用表蜂鸣档测试，差动线圈二次接线A411、B411、C411三相均对N411导通，后备线圈A421、B421、C421三相均对N421不通。

通过分析校线结果，电流互感器A相差动二次回路不通，在电流互感器二次开路的高压与发热情况下，加上风雨侵蚀，使线缆发生断裂（见图1）。而后备线圈A421、B421、C421三相均对N421不通，可以确认为此次电流互感器二次线缆烧损的主要原因。通过对电流互感器后备二次回路线缆敷设方向的查找，在10kV高压室电缆井附近，发现部分电缆进行绝缘包扎后盘在电缆沟内，经过校线，确认其中1根7芯电缆为电流互感器二次线圈后备回路电缆，隐患原因查明。由于施工单位在10kV配电设备改造中，对电源进线保护装置原理不了解，拆除旧有保护装置二次电流线后盲目处置，造成此次隐患。

图1 电流互感器二次开路电缆烧损

3 原理分析

在电流互感器等值电路中（见图2），一次电流为IP，二次电流为IS，励磁电流为Ie，变比为K，二次绕组电抗为XS，二次绕组电阻为RS，负荷阻抗为Zb，二次阻抗Z2=XS+RS+Zb，电流误差X=Ie/（Ie+IS）。

正常运行时，电流互感器二次短路，Zb远小于Ze，IS远大于Ie，流过Ze的电流Ie使互感器二次回路产生一定电流误差X。此时二次电压U2正常=[（1-X）IP/K]Zb；当电流互感器二次开路时，外接负荷回路开路，此时二次电压U2开路=（IP/K）Ze。

图2 电流互感器等值电路

由于IP/K=Ie+IS，当二次开路时，IS=0，IP/K=Ie，二次感应电流全部转化为励磁电流。由于Ze远大于正常运行时接近短路的Zb，而正常运行时，电流误差X极小，（1-X）IP/K却和IP/K差距不大，所以（IP/K）Ze远大于

当二次感应电流全部转化为励磁电流后，磁动势增大，铁芯磁通迅速饱和，当铁芯磁通达到极限时，励磁阻抗Ze最小[3]，也就是说，电流互感器铁芯磁通饱和后，U2开路=（IP/K）Ze会急剧降低，如此反复。二次开路电压与铁芯磁通变化非正弦曲线见图3，其中：二次开路电压为U，铁芯磁感应强度为B，铁芯磁场强度为H，时间为t。

图3 二次开路电压与铁芯磁通变化非正弦曲线

4 认识误区

4.1 误区一

电流互感器二次匝数远大于一次，N2/N1=K=I1/I2；电压互感器一次匝数远大于二次，N1/N2=K=U1/U2。当电流互感器二次开路时，与电压互感器结构相同，则电流互感器二次电压很高。

正确解释：电流互感器一次绕组串联于系统，其一次阻抗极小，而电压互感器及变压器一次绕组并联于系统，一次电压等于系统电压。所以，电流互感器二次电路开路后，二次侧的高电压不是由其一次电压升压造成的。

4.2 误区二

电流互感器二次开路后，用万用表测量二次电压，只有很低的电压（如100V），所以电流互感器二次开路后，电压升得并不高。

正确解释：电压表测量二次电压，采集的是正弦波电压有效值，而二次开路高电压，为畸变波峰值电压，即瞬时值。对于畸变波形，两者无有效联系。

5 抢修预案

5.1 发现故障

电流互感器二次开路故障，一般可从以下现象进行检查判断：

（1）二次测量仪表读数异常，一般是降低或为0。三相电度表电流读数异常、功率表读数异常、计量表计转速缓慢或不转。若表计读数有时走、有时不走，则可能处于半开路状态。

（2）电流互感器本体有异常声响，值班人员可目视到电流互感器发热、冒烟现象。

（3）电流互感器二次回路端子有放电、闪光现象。

（4）微机保护装置发生拒动或误动。

（5）电度表、继电器等元器件冒烟烧毁。

5.2 准备工作

（1）故障信息反馈。若是修试工队检修人员现场发现设备异常，应向变电所值班员、修试工队当班领导汇报故障现象；若是由变电所值班员通知修试工队值班室，应与变电所值班员电话联系，详细了解故障现象。

（2）向变电所值班员申报作业计划。

（3）召开紧急预想会，在预想会上进行以下工作。

（4）针对设备缺陷和异常情况进行分析，制定处理方案。

（5）根据处理方案确定人员分工。

（6）各分工人员预想检修、试验项目及需要准备的仪器、材料。

（7）仪器、材料准备。

5.3 查找故障前应采取的安全措施

安全措施：（1）工作领导人、安全员应配带相应工作标识。工作领导人审核工作票无误后，会同值班员办理停电措施及安全措施。（2）办理工作票应严格执行工作票制度。与电流互感器相连接的可能来电方向必须有明显的断开点，并在靠近电流互感器侧各相引线上各挂1组单相接地线,用警示绳将作业区设备与运行设备隔开。（3）工作票办理结束后，工作领导人工作前应向工作班组成员宣讲工作票，并详细说明现场安全措施。

危险源辨识与风险预控见表2。

表2 危险源辨识与风险预控

5.4 故障查找

开始作业后，首先应确定故障源的位置，即分析故障原因。电流互感器二次开路，故障原因可能有以下2种：

（1）电流互感器本体故障。表现为电流互感器二次绕组开路，开路端形成高电压击穿端子。

（2）电流互感器二次回路故障。表现为二次回路接触不良或二次线缆绝缘遭到破坏，受到机械、化学侵蚀损伤。

针对第1种原因，可对电流互感器进行单体全项目试验。将试验数据与标准对比，并与历年试验报告进行纵向比较，可判断是否为电流互感器本体缺陷。若为电流互感器本体绕组缺陷，则应进行电流互感器的整体更换。

针对第2种原因，可对电流互感器二次回路进行校线检测，将地面端子箱该电流互感器端子排二次回路连片打开，分别进行如下校验：

（1）电流互感器本体二次端子至端子排进线端回路完整性。

（2）端子排出线端至保护或电度表进线端回路完整性。

校验方法为：将万用表打至蜂鸣档，确认电流互感器本体二次端子与保护或电度表进线端子接线牢固，用红、黑表笔分别插入端子排进线侧或出线侧A、N，B、N，C、N端子上，若蜂鸣器响，则表示回路接触良好，若测试某相时蜂鸣器不响，则表示该相电流互感器本体二次端子至端子排进线端，或端子排出线端至保护或电度表进线端回路开路。

在判断出开路侧后，需要考虑以下3种因素，以加快查找故障点速度，提高效率。

（1）外部环境因素。表现为室外端子转接箱、本体接线盒长期处在太阳暴晒、风吹雨淋等外部环境下，端子连接片、螺栓和垫片锈蚀过度造成开路。

（2）材料缺陷因素。电流端子由于材质原因，或设计连接片尺寸不够的缺陷造成接触不良，运行一段时间后造成开路及二次端子压接不紧，回路中电流很大时，发热烧断或氧化过重使其开路。

（3）工作人员的失误。在施工或检修完成后，工作人员忘记恢复已甩开的电流端子，或者未扭紧接线螺丝而造成开路。

5.5 故障处理

查找出故障点后，应将开路点恢复，使电流互感器二次回路保持导通，若因二次开路导致的高电压与过热使二次电缆受损，还应更换二次电缆。电缆敷设应按如下流程进行：（1）核查电缆规格数量；（2）确定电缆敷设位置；（3）确定电缆走向；（4）清理电缆沟道；（5）做好电缆标志；（6）电缆外观及绝缘检查；（7）按施工图电缆清册敷设；（8）电缆整体排扎；（9）电缆防护。

故障处理完毕后，应对电流互感器进行极性校验与加流传动试验，确认二次回路接线正确。

6 结束语

变电所值班人员与检修人员应充分认识到电流互感器二次开路的严重性。在工作中，值班人员应加强巡视，检修人员应执行标准化作业程序，对已辨识出的危险源严格管控，在面临电流互感器二次开路故障时，不紧张慌乱，严格遵守应急预案的相应步骤进行处理，准确高效消除故障，保证变电所电力系统安全运行。

[1]张克云. 提高高速铁路应急处置水平的思考[J]. 中 国铁路，2017(3)：51-54.

[2]GB 50150—2006 电气装置安装工程电气设备交接试 验标准[S].

[3]凌子恕. 高压互感器技术手册[M]. 北京：中国电力 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

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

责任编辑 卢敏

2017-01-27