一种独立式电流互感器故障分析及解决办法

张超军，贺永明，赵建磊，王红庆

（平高集团有限公司，河南 平顶山 467001）

0 引言

电流互感器是一种用作变换电流的特种变压器，在正常工作条件下，其二次电流与一次电流成正比，当线路一次电流发生变化时，互感器通过二次电流的变化，把信息传递给测量仪器、仪表和继电保护装置，因此稳定可靠的电流互感器能够准确监测线路状况、识别故障电流[1]。反之电流互感器出现故障，将会导致无法正确监测一次电流的变化，影响测量的精度及继电保护装置的动作，给电网的安全运行带来隐患。本案例介绍了一起500 kV独立式电流互感器二次电流输出三相不平衡的异常问题，通过对问题的分析，最终找到问题的原因，并进行相关验证，最终解决二次电流三相不平衡问题。

1 概述

据某变电站二期（如图1）用户反映，LVQBT—5O0型电流互感器在运行过程中A相二次电流与B、C两相相比偏低（三相电流不平衡），其中A相二次不平衡电流误差最大达到9.16%，测试数值如表1.

表1 现场三相电流测试数据

图1 互感器现场运行照片

对于互感器三相电流不平衡，首先应检测是否系统一次电流不平衡，从电网进行排查，发现各相保护、接地及运行负荷均未见异常，一次电流三相平衡，于是排查不平衡相电流互感器，经巡查发现A相电流互感器进线端子与密封法兰固定螺栓疑似有不可靠连接，具体见图2、图3.

图2 故障相疑似分流点

图3 故障相疑似分流点

550 kV电流互感器一次导体通常有串联和并联两种结构，电站建设初期容量不大，一般采用一次导体并联结构，随着用户的增多，电站容量的增加，一次导体采用串联结构（在不更换互感器的基础上实现了容量的提升）。该故障相互感器一次绕组为并联结构，其结构见图4所示，P1端为一次电流进线端，P2为出线端，一次导体项3（内导体）与项6（外导体）从项11（二次线圈）中穿过，二次线圈布置在项1（外筒体）内，一次导体为并联结构时，能够有效地提升通流能力，项3（内导体）与项6（外导体）为并联结构，其之间通过项4（绝缘套）、项7（绝缘套）进行绝缘，正常电流流通路径见图4箭头方向所示。

图4 互感器一次并联结构图

2 试验验证

在A相电流互感器退出运行后，进行相关误差测量，以验证以上推论，本站互感器一次绕组为并联结构，若P1进线端接线端子与密封法兰的固定螺栓相连，会引起一次电流通过筒体分流，经过线圈的一次电流变小，从而二次输出电流变小，造成三相电流的不平衡。根据一次、二次电流进行变比反推，电流变比显示为：2500/1，与实际出厂时产品变比不符（出厂参数：变比为：2000/1，0.2S级，40VA）。为了验证以上推断，模拟可能存在的三种情况对故障A相电流互感器进行误差测量，三种情况分别为进线端子与密封法兰处螺栓按正常连接、不可靠连接、紧密连接三种情况，试验结果如下，测试绕组选择其中一对7S1-7S2进行，测试结果见表2所示。

表2 误差数据统计表

从以上测试数据可以看到，在正常状态测试数据符合0.2S级误差要求，不可靠连接状态测试与现场测试数据类似，验证了以上判断，而可靠连接状态误差太大，远超正常运行情情况下误差限值。

为了进一步验证以上测试结论。需要排除电流互感器二次线圈与屏蔽罩之间及二次线圈匝间绝缘问题，于是解体检查，拆除P1端盖板，观察筒体内部屏蔽罩状况，屏蔽罩与二次线圈之间无接触，不存在分流，具体见图5。拆除筒体内屏蔽罩，查看内部二次线圈状况，二次线圈无破损，匝间绝缘良好，具体见图6，通过以上解体分析，进一步验证了上述推论。

图5 内部屏蔽罩检查图

图6 内部线圈检查图

3 原因分析

故障相电流互感器为一次并联结构，由于P1端一次进线接线端子与筒体密封法兰的固定螺栓的不可靠连接，导致一次电流部分通过外筒体流向P2端，产生分流，分流路线为：P1端电流经一次接线板、螺栓、筒体流向P2端，不经过互感器二次线圈，而互感器正常运行过程中是不允许分流的，这种不可靠连接，除了造成三相电流不平衡，长期运行还会造成筒体发热，温升超标，进一步发展会出现使绝缘件老化等严重后果[2]。

由于电流互感器出厂及运行初期，进线接线端子与密封法兰固定螺栓处存在较小间隙，并无分流现象，随着负荷的增大，运行时间的增长，电流的热效应，导致密封法兰处绝缘套（图3中项10）产生变形，使本来就不大的螺栓间隙变的更小，直至连接，螺栓与进线端子连接，致使分流现象的发生，对外显示A相与B、C两相相比出现电流偏差，三相电流不平衡。

4 解决办法及验证

对于故障相外筒体分流问题，可以通过减小进线端子与外导体接触宽度，以实现增大接线端子与密封法兰固定螺栓之间的距离，另外也可以通过加大密封法兰处绝缘套的长度，来实现增加进线端子与密封法兰固定螺栓之间的距离，第一种方法会造成进线端子与外导体接触面积减小，使接触电阻增大，主导电回路有改动，不利于产品长期通流及安全运行，第二种方法简单容易操作，且主导电回路没有改动，综合比较分析，认为增大密封法兰处绝缘套长度方法更优，改进后结构见图7，对绝缘套增加长度18 mm，完成装配后，密封法兰固定螺栓与进线端子的安全距离为18 mm（原距离为6 mm）。

图7 改进后结构图

结构改进后的电流互感器有效解决了，因电流热效应造成的密封法兰固定螺栓与进线端子之间接触的问题，避免了一次电流通过外筒体的分流，提高了互感器运行的稳定性，保证了互感器二次输出的三相平衡，对改进结构的互感器进行误差测试，测试绕组选择7S1-7S2，数据见下表3.

表3 误差数据统计表

测量误差值均满足0.2S级电流互感器误差要求，进一步验证了结构改进的合理性。

5 结束语

某电站巡检时，测量设备报警，发现A相二次电流比B、C两相偏小，停电检修发现A相电流互感器一次导体存在分流点，通过误差测量验证及解体分析验证了判断的正确性。通过加大绝缘套的长度，确保进线端子与密封法兰固定螺栓之间安全距离，有效解决了上述问题，后经试验验证三相电流平衡，误差也均在要求范围内，有效地避免了因绝缘套受热变形带来的不可靠连接问题，避免了二次电流三相不平衡的问题。