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(dòng)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?！秶译娋W(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(dòng)作,；某線線路保護(hù)兩側(cè)LFP-901A,、CSL-101A動(dòng)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(dòng)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(dòng)作,。2006年6月12日20時(shí)48分，某變電站利用5051開關(guān)對(duì)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(dòng)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(dòng)作出口,，某II線PSL602GD保護(hù)零序一段動(dòng)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(dòng),，錄波顯示C相故障電流二次值為3.85A（CT變比：3000/1）,。對(duì)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(dòng)作,，沒有產(chǎn)生更大的損失,。目前在系統(tǒng)中使用的TA型號(hào)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(duì)二次保護(hù)的工藝存在嚴(yán)重問題，雖然對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)地間距相對(duì)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(duì)于500kV及以上產(chǎn)品，由于高壓電極對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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?，由于感?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(duì)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(hào),，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(dòng)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(hào),。

• 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(huì)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(huì)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(dòng)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(hào) 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(dòng)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(duì)應(yīng)處,，有一條電弧燒傷痕跡,，與電容屏相對(duì)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(duì)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(duì)高電壓進(jìn)行放電,，即設(shè)入二次端對(duì)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(duì)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(duì)地、對(duì)二次繞組,、二次繞組之間及對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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,。