一、交流回路的常見故障及處理

⑴電流互感器的擊穿與加強(qiáng)二次設(shè)備保護(hù)的分析

• 電流互感器（TA）是將一次高壓側(cè)交流電流按額定電流比轉(zhuǎn)換成可供儀表、繼電保護(hù)或控制裝置使用的二次低壓側(cè)電流的變流設(shè)備，它將一次、二次側(cè)高低壓電路互相隔離。超高壓系統(tǒng)中TA發(fā)生絕緣擊穿事件屢見不鮮。TA的絕緣被一次電壓擊穿，TA二次部分侵入超高壓是相當(dāng)危險(xiǎn)，破壞力極大。不但影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，切斷大量的負(fù)荷,而且有的直接將高電壓直接引至二次電纜，將高電壓侵入繼電保護(hù)屏，引起保護(hù)屏受高電壓和過電流的影響拒絕動作、整體燒壞、膨脹變形，嚴(yán)重影響恢復(fù)保護(hù)運(yùn)行時(shí)間。《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》繼電保護(hù)重點(diǎn)要求：互感器8.3.7中指出：各類保護(hù)裝置接于電流互感器二次繞組時(shí)，應(yīng)考慮既要消除保護(hù)死區(qū)，同時(shí)又要盡可能減輕電流互感器本身故障所產(chǎn)生的影響。必須采取必要的保護(hù)措施，杜絕此類情況發(fā)生。

• 據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年，我省超高壓系統(tǒng)發(fā)生TA絕緣擊穿的事件就有5次之多，發(fā)生情況大體分為兩種情況。

2001年6月17日天氣晴朗，運(yùn)行中的500kV某站500kV 5032斷路器C相TA本體發(fā)生長久性接地故障：500kV II母線兩套母線保護(hù)RADSS/S、BP-2A動作；某線線路保護(hù)兩側(cè)LFP-901A、CSL-101A動作；該線允許式通道FOX-40、STK-01開放，該站LFP-925故障判別裝置動作。事件造成500kV II母線的所有斷路器跳開，與某電廠的聯(lián)絡(luò)線500kV某線停電。2004年有個(gè)站5032的B相TA同樣發(fā)生類似情況，被斷路器保護(hù)及時(shí)切斷故障點(diǎn)。

再一種情況為TA受到正常系統(tǒng)電壓的沖擊，絕緣擊穿，引起本體TA二次感受接地短路電流造成母線保護(hù)、線路保護(hù)的動作。2006年6月12日20時(shí)48分，某變電站利用5051開關(guān)對某II線充電過程中，500kV I母線母差保護(hù)、某II線PSL602線路保護(hù)動作,I母線所帶5051、5021、5012開關(guān)三相跳閘，整個(gè)I母線全部停電。500kV I 母線BP-2B母差保護(hù)動作出口，某II線PSL602GD保護(hù)零序一段動作，永跳出口。與另一個(gè)站的電氣聯(lián)絡(luò)線斷開。故障錄波器啟動，錄波顯示C相故障電流二次值為3.85A（CT變比：3000/1）。對5051開關(guān)C相TA（運(yùn)行僅5個(gè)月）及其二次接線進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)5051開關(guān)合閘瞬間，在5051開關(guān)C相CT開關(guān)側(cè)有放電跡象，5051CT端子箱內(nèi)至某II線RCS-931保護(hù)的端子燒損；保護(hù)室內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)某II線RCS－931保護(hù)裝置變形、TA二次端子盒發(fā)黑、屏內(nèi)導(dǎo)線絕緣融化、有放電現(xiàn)象，見圖1。

圖1:RCS－931保護(hù)裝置變形、TA二次端子盒發(fā)黑、屏內(nèi)導(dǎo)線絕緣融化、有放電現(xiàn)象

以上TA被超高壓擊穿，均由于繼電保護(hù)裝置8~10ms內(nèi)正確動作，沒有產(chǎn)生更大的損失。目前在系統(tǒng)中使用的TA型號多種，但是基本上都被超高壓擊穿過絕緣，合格率僅為98.8%，有的更低。通過擊穿，暴露出TA產(chǎn)品的對二次保護(hù)的工藝存在嚴(yán)重問題，雖然對棗蒙II線RCS－931保護(hù)裝置進(jìn)行了整箱的更換及試驗(yàn)，但是必須引以為戒，防止發(fā)生類似的事件。

它的方式為倒裝式，主絕緣采用同軸圓柱形均勻電場結(jié)構(gòu)。一次導(dǎo)桿、二次屏蔽、殼體相互構(gòu)成同軸圓柱形均勻電場。絕緣間隙裕度較大。如500kV產(chǎn)品絕緣間隙至少保證150mm（國外或引進(jìn)產(chǎn)品最小只有109mm）。提高額定壓力來保證絕緣可靠。500kVTA額定壓力為0.5MPa，國外或引進(jìn)產(chǎn)品為0.39MPa。因此從技術(shù)上比較先進(jìn)，在系統(tǒng)得到廣泛的使用。見圖2。

圖2:倒裝式TA的導(dǎo)電部分原理圖

分壓結(jié)構(gòu)采用中間分壓屏，中間分壓屏與高壓和低壓之間均為純SF6氣體絕緣，產(chǎn)品外露金屬表面經(jīng)熱鍍鋅處理后加兩道底漆和兩道面漆；導(dǎo)電桿和一次接線端子及內(nèi)部電極采用優(yōu)質(zhì)防銹鋁或銅材，銅件表面作鍍錫或鍍銀處理,鋁件表面做陽極氧化或鈍化處理；全部標(biāo)準(zhǔn)件表面處理使用具有十倍于鍍鋅防腐能力、無氫脆、高的達(dá)克羅工藝或采用不銹鋼件；端子盒為全密封防腐結(jié)構(gòu)，保護(hù)和測量用的繞組圍繞在一次導(dǎo)桿周圍，并通過二次屏蔽罩與一次隔離。二次引線通過菲尼克斯組合接線端子引出，便于外部電纜連接。綜合各地的TA擊穿現(xiàn)象，分析如下。

• 發(fā)生超高壓擊穿的原因主要是一次導(dǎo)電部分與二次屏蔽罩的安裝工藝和材料質(zhì)量發(fā)生介質(zhì)擊穿的問題，廠家介紹盆式絕緣子及二次接線板均經(jīng)過承受全電壓和機(jī)械強(qiáng)度經(jīng)過抗彎和抗拉試驗(yàn)，電氣絕緣經(jīng)過耐壓試驗(yàn)，局部放電量均小于1pC。但是現(xiàn)場情況是發(fā)生絕緣擊穿時(shí)，SF6的壓力均在合格范圍，微水試驗(yàn)也合格。說明安裝工藝存在問題，使用材料或金具的質(zhì)量和尺寸不合格。直接導(dǎo)致高低壓的絕緣擊穿。局部放電時(shí)，電極A、B間的電介質(zhì)可用等值模型表示，圖3中將使等值模型兩電極A、B上電壓有一定突變基值表示為

qg=∫igdt=Cg（U1-U2）

ΔUx=[Cbqg/(Cb+Cg)]/ Cx

圖3:局部放電電介質(zhì)等值模型

• 電力設(shè)備絕緣介質(zhì)在足夠強(qiáng)的電場作用下局部范圍內(nèi)發(fā)生的放電稱局部放電，這種放電僅造成導(dǎo)體間的絕緣局部短接（路橋），而不形成導(dǎo)電通道為限，強(qiáng)烈的局部放電對介質(zhì)影響較大，絕緣強(qiáng)度很快下降，這是高壓絕緣損壞的重要因素，因此設(shè)計(jì)高壓電力設(shè)備絕緣時(shí)，要考慮長期在電壓作用下，不允許絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生較強(qiáng)烈的局部放電，對運(yùn)行中的電力設(shè)備要加強(qiáng)檢測。例如2006年6月12日在500kV某站5051開關(guān)C相TA發(fā)生擊穿以后，立即對擴(kuò)建的5041、5042開關(guān)TA進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，同樣發(fā)現(xiàn)5042開關(guān)A相TA有放電現(xiàn)象，馬上進(jìn)行了更換，使1.3 Ue耐壓試驗(yàn)合格。

制造廠工作時(shí)，有的將等電位連接銅片被扭曲，形成尖角并貼近玻璃鋼筒內(nèi)壁，此處在運(yùn)行中不斷放電，從而使玻璃鋼筒內(nèi)壁產(chǎn)生爬電，最終導(dǎo)致內(nèi)壁沿面閃絡(luò)。當(dāng)沿面爬電發(fā)展到電容屏底部處時(shí)，就有可能使電容屏外部的等電位連接線與二次引線管間產(chǎn)生放電。擊穿通道的高密度電流使材料發(fā)生不可逆的破壞，往往出現(xiàn)電火花甚至電弧。

500kV某變電站2001年6月17日TA擊穿事件分解原因主要是在廠里由于第一次的試驗(yàn)不合格進(jìn)行的第二次重新裝配。由于在二次裝配中造成0屏鋁箔擠壓變形，引起了電場畸變，投入運(yùn)行后，缺陷處不斷產(chǎn)生放電，導(dǎo)致鋁箔及聚酯薄膜燒傷及噴出。當(dāng)電介質(zhì)含有水分、氣泡及細(xì)微雜質(zhì)時(shí)，常使擊穿場強(qiáng)降低。

擊穿標(biāo)志著它在電場的作用下，保持絕緣性能的極限能力，是決定電力設(shè)備、電子元器件最終使用壽命的重要因素，介質(zhì)擊穿電壓（MV/m）加在電介質(zhì)上超過某一臨界值時(shí)，電介質(zhì)的絕緣性*喪失的現(xiàn)象為介質(zhì)擊穿，介質(zhì)擊穿時(shí)，通過介質(zhì)的電流集中于細(xì)少的通道流過，例如絕緣支撐件表面有可能存在不潔或在裝配過程中由于處理不當(dāng)而產(chǎn)生的問題，也有可能是由于其他放電生成物的污染導(dǎo)致了支撐件放電燒傷。

• 超高壓變電站中的220kV及以下的氣體TA，由于其瓷套矮，高壓電極對地間距相對較小，外電場分布均勻程度，投入運(yùn)行沒有發(fā)生問題。但是，對于500kV及以上產(chǎn)品，由于高壓電極對地間距加大，外電場分布極不均勻，瓷套內(nèi)均壓屏蔽電極所對應(yīng)的瓷套外側(cè)空氣中場強(qiáng)過高。在進(jìn)行操作沖擊耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，外絕緣往往發(fā)生閃絡(luò)，單純地加高瓷套并不能解決問題，解決的方法是在瓷套內(nèi)放置電容錐，以改善外電場分布或者采用分壓結(jié)構(gòu)中間分壓屏，中間分壓屏與高壓和低壓之間均為純SF6氣體絕緣方式,在GIS、罐式SF6斷路器（GCB）和變壓器等設(shè)備中，TA常用套管式TA，帶電的導(dǎo)體從中間穿過，導(dǎo)體用絕緣盆固定，安裝質(zhì)量要求嚴(yán)格，結(jié)構(gòu)上比較簡單。因此，對于運(yùn)行在超高壓的TA，耐壓試驗(yàn)、氣體微水、絕緣等試驗(yàn)嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，而且嚴(yán)格安裝工藝要求，擊穿后解體分析的結(jié)果證明85%的問題是安裝質(zhì)量問題，因此，廠家必須在油紙絕緣器身干燥設(shè)備和工藝，二次線圈經(jīng)過熱風(fēng)循環(huán)真空干燥罐的干燥處理，用大容量、高效率的真空脫氣系統(tǒng)對整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行真空脫氣處理。

• 高壓電器絕緣介質(zhì)SF6氣體具有很強(qiáng)的吸附電子的能力，稱為負(fù)電性，比空氣高幾十倍， SF6氣體另一個(gè)特征是較低溫時(shí)（2000K)的高導(dǎo)熱性,具有很強(qiáng)的息弧能力，是空氣的100倍。同時(shí)在二次部分有密切監(jiān)視的報(bào)警到控制室。但是發(fā)生擊穿的TA說明，SF6表計(jì)指示及氣體正常，原因仍然是安裝工藝問題。

TA二次的開路的過電壓與一次被擊穿產(chǎn)生的高壓有明顯的區(qū)別，主要在時(shí)間和特征上不同。

TA在正常運(yùn)行時(shí)，磁勢互相平衡，即I1 N1 =I2 N2 +I0 N1 ，其激磁安匝很小，鐵芯內(nèi)的磁通不大，一旦二次開路時(shí)，I2 N2 =0，一次安匝將全部用于激磁。于是鐵芯中磁通急劇地增加，使鐵芯達(dá)到高度飽和狀態(tài)，磁通波形畸變?yōu)槠巾敳ǎ捎诟袘?yīng)電勢與磁通的變化率成正比，因此在磁通Ф過零時(shí)，二次線圈中產(chǎn)生很高的尖頂電勢e2 ，其峰值可達(dá)幾十千伏、甚至上萬伏，這對工作人員和二次回路中的設(shè)備都有很大的危險(xiǎn)，同時(shí)，由于鐵芯損耗增加將使鐵芯過熱，以致?lián)p壞線圈和絕緣。此時(shí)保護(hù)屏上反映TA斷線信號，TA發(fā)出異常聲音等，可以及時(shí)斷開電源進(jìn)行處理。因此超高壓系統(tǒng)由于二次繞組開路造成擊穿的幾率很少。

反映在時(shí)間上是突發(fā)性的內(nèi)部或外部爆炸。據(jù)現(xiàn)場觀察，拆除電流互感器的一次導(dǎo)桿。發(fā)現(xiàn)內(nèi)導(dǎo)桿（銅質(zhì)）安全閥打開一側(cè)有燒黑的痕跡。外導(dǎo)桿（鋁質(zhì)）的SF6氣體側(cè)，存在嚴(yán)重的燒傷，部分鋁質(zhì)導(dǎo)桿有燒熔，并且燒熔部分覆蓋了微量SF6分解物粉末。存在二次裝配錯(cuò)誤的事實(shí)。通過以上現(xiàn)象,認(rèn)為TA的安裝質(zhì)量存在嚴(yán)重問題。特征是2—5ms引發(fā)高溫、過流、電動力畸變、爆炸等，在TA的所有線圈感受到故障電流，沒有損壞的保護(hù)根據(jù)所測到的模擬量及時(shí)跳閘，同時(shí)各個(gè)保護(hù)屏事先沒有TA斷線等異常報(bào)警信號。

• 在高電壓放電期間，在被高壓擊穿的物體上產(chǎn)生很大的電流，一般叫擊穿電流。而這個(gè)大電流就是在電氣設(shè)備上出現(xiàn)危險(xiǎn)過電壓的主要根源，主放電的電流很大，能達(dá)幾十甚至幾百千安。由于TA的高電壓放電通道由一次導(dǎo)電桿→屏蔽層→線圈→二次接線盒→二次電纜→保護(hù)屏→大地，保護(hù)屏感受的是高電壓及過電流，其中以RCS-931A保護(hù)屏回路擊穿最為嚴(yán)重，當(dāng)二次側(cè)遭受到高電壓沖擊時(shí)，就會在回路上產(chǎn)生一個(gè)正常絕緣所不能承受的高電壓，往往會在回路上絕緣最薄弱的的地方發(fā)生擊穿，將大量的過電流泄入大地，最薄弱的地方為經(jīng)過保護(hù)裝置的保護(hù)屏的接地線。從本繞組線圈的接線板的4mm2導(dǎo)線絕緣外皮融化的現(xiàn)象，可以判斷瞬間通過電流為50A左右。由于BP-2B母線保護(hù)和線路保護(hù)在8mS之內(nèi)動作，及時(shí)斷開5051、5021、5012開關(guān)，避免更為嚴(yán)重?fù)p失，僅半個(gè)周波內(nèi)，在5051TA端子箱內(nèi)，高電壓的放電將相鄰端子排擊成黑色麻點(diǎn)狀。但是沒有找到最薄弱的泄電流處，最終將RCS-931A保護(hù)屏因過電壓、大電流變形燒毀。

• 根據(jù)幾次TA相似高電壓擊穿的二次回路的情況，得出了必須在TA二次繞組輸出端加裝薄弱例如放電間隙的教訓(xùn)。

下面是兩次不同型號 TA絕緣擊穿后的情況

1. 500kV甲站2006年6月12日的5051斷路器C相TA擊穿最為嚴(yán)重，高壓侵入二次，保護(hù)屏直接被高電壓侵入，保護(hù)裝置及交流接線全部報(bào)廢。由于其它保護(hù)裝置正確動作，避免了周圍的運(yùn)行保護(hù)屏受到更大的危害。

2. 2001年6月17日500kV乙站500kV5032斷路器C相TA本體發(fā)生長久性接地故障，據(jù)分析，情況基本與500kV甲站5051斷路器TA的C相擊穿相同。硅橡膠套管的玻璃鋼筒內(nèi)壁，在與燒損等電位銅片相對應(yīng)處，有一條電弧燒傷痕跡，與電容屏相對應(yīng)的位置存在不連續(xù)的燒傷，但沒放電痕跡，電容屏內(nèi)部只有少量煙熏的痕跡。所有放電及燒傷痕跡均在同一側(cè)位置。電容屏外部的等電位連接線與二次引線管、底板和玻璃鋼筒的燒傷，引起高壓對二次的放電。但是經(jīng)現(xiàn)場有關(guān)人員的檢查，二次回路電纜端子排和保護(hù)屏沒有受到危害。原因根據(jù)SAS550系列TA在高電壓侵入二次回路時(shí)，在接線盒中對高電壓進(jìn)行放電，即設(shè)入二次端對地保護(hù)間隙，將高壓電流旁路。

除了作好SF6氣體的微水檢測、高壓運(yùn)行中的紅外線測溫、TA投入前的1.3 Ue耐壓試驗(yàn)合格以及二次繞組的直流電阻試驗(yàn)等；產(chǎn)品必須經(jīng)過長途運(yùn)輸試驗(yàn)和絕緣試驗(yàn)，證明其機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能合格,質(zhì)量可靠，同時(shí)二次回路加強(qiáng)保護(hù)措施。

作好開關(guān)站至繼電保護(hù)室敷設(shè)100mm2銅導(dǎo)線、以及在繼電保護(hù)室內(nèi)敷設(shè)接地銅排網(wǎng)的反事故措施，接地銅排應(yīng)一點(diǎn)與主接地網(wǎng)可靠連接。在主控室、保護(hù)室、敷設(shè)二次電纜的溝道、開關(guān)場的就地端子箱及保護(hù)用結(jié)合濾波器等處均是連接點(diǎn)。

在主控室、保護(hù)室柜屏下層的電纜室內(nèi)，保護(hù)裝置不能采用通過槽鋼接地的接地方式。靜態(tài)型、微機(jī)型繼電保護(hù)裝置，以及收發(fā)信機(jī)的廠站接地電阻應(yīng)符合GB/T2887-1989和GB9361-1988計(jì)算站長度安全技術(shù)條件所規(guī)定不大于0.5Ω的要求，上述設(shè)備的機(jī)箱應(yīng)構(gòu)成良好電磁屏敝體并有可靠的接地措施。

如果某一個(gè)二次繞組不用時(shí)則將其首末出線端子端接，廠家在二次接線盒內(nèi)應(yīng)備有短路片和對應(yīng)的接地端子。

要經(jīng)常檢查連接保護(hù)屏、監(jiān)控屏的回路每個(gè)連接點(diǎn)是否松開，在檢查時(shí)可使用數(shù)字式萬用表通過檢查三相直流電阻不大于3%，判斷接線的緊固程度。

一次繞組對地、對二次繞組、二次繞組之間及對地的絕緣電阻測量不宜小于1000MΩ。二次繞組之間工頻耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為2000V，可用2500V兆歐表代替，工作時(shí)注意斷開二次回路。

在SAS550系列TA二次繞組的輸出具有并接放電間隙球，其距離為0.5mm,以便將高電壓引入接地線,防止對保護(hù)屏及監(jiān)控屏的侵入。放電間隙是簡單的過電壓保護(hù)，它的構(gòu)造簡單、成本低廉、維護(hù)方便。它在變電站的主要應(yīng)用是CVT的電容低壓端N與接地端之間的保護(hù)間隙；TV的二次繞組輸出的保護(hù)間隙。放電間隙是由兩個(gè)金屬電極構(gòu)成的，一個(gè)電極固定在絕緣子上，接帶電部分。而另一個(gè)電極則用絕緣子與第一個(gè)電極隔開，與接地裝置相連接。放電間隙的工作原理是：在裝有放電間隙的回路中，放電間隙就是絕緣弱點(diǎn)。在正常情況下，間隙對地是絕緣的。而當(dāng)線路落雷、過電壓或TA一次與二次絕緣擊穿時(shí)，過電壓首先就通過接線盒的間隙泄入大地，起到應(yīng)有的保護(hù)作用。常用的有球型間隙，它有平坦的伏秒特性，所以保護(hù)性能。

• 確實(shí)保證二次回路的安全

系統(tǒng)中多次發(fā)生的TA因?yàn)楣に囐|(zhì)量被超高壓擊穿的事件，特別是對二次繼電保護(hù)保護(hù)屏帶來的嚴(yán)重危害，必須作出正確的技術(shù)分析。嚴(yán)格按照國網(wǎng)公司的要求，作好二次接地線、網(wǎng)的施工、維護(hù)。事實(shí)說明一些制造廠采用的保護(hù)措施在關(guān)鍵時(shí)間發(fā)揮作用，值得借鑒和保留，例如TA中的二次繞組的放電間隙，及時(shí)將侵入二次回路的高電壓泄入大地等安全技術(shù)措施，將故障限制在最小范圍，保證系統(tǒng)的盡快恢復(fù)投運(yùn)及穩(wěn)定運(yùn)行。