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二次設備保護的分析

• 電流互感器（TA）是將一次高壓側交流電流按額定電流比轉換成可供儀表、繼電保護或控制裝置使用的二次低壓側電流的變流設備，它將一次、二次側高低壓電路互相隔離。超高壓系統中TA發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危險，破壞力極大。不但影響系統正常運行，切斷大量的負荷,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屏，引起保護屏受高電壓和過電流的影響拒絕動作、整體燒壞、膨脹變形，嚴重影響恢復保護運行時間。《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》繼電保護重點要求：互感器8.3.7中指出：各類保護裝置接于電流互感器二次繞組時，應考慮既要消除保護死區，同時又要盡可能減輕電流互感器本身故障所產生的影響。必須采取必要的保護措施，杜絕此類情況發生。

• 據統計，近幾年，我省超高壓系統發生TA絕緣擊穿的事件就有5次之多，發生情況大體分為兩種情況。

2001年6月17日天氣晴朗，運行中的500kV某站500kV 5032斷路器C相TA本體發生長久性接地故障：500kV II母線兩套母線保護RADSS/S、BP-2A動作；某線線路保護兩側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，與某電廠的聯絡線500kV某線停電。2004年有個站5032的B相TA同樣發生類似情況，被斷路器保護及時切斷故障點。

再一種情況為TA受到正常系統電壓的沖擊，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、線路保護的動作。2006年6月12日20時48分，某變電站利用5051開關對某II線充電過程中，500kV I母線母差保護、某II線PSL602線路保護動作,I母線所帶5051、5021、5012開關三相跳閘，整個I母線全部停電。500kV I 母線BP-2B母差保護動作出口，某II線PSL602GD保護零序一段動作，永跳出口。與另一個站的電氣聯絡線斷開。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C相TA（運行僅5個月）及其二次接線進行了檢查，發現5051開關合閘瞬間，在5051開關C相CT開關側有放電跡象，5051CT端子箱內至某II線RCS-931保護的端子燒損；保護室內檢查發現某II線RCS－931保護裝置變形、TA二次端子盒發黑、屏內導線絕緣融化、有放電現象，見圖1。

圖1:RCS－931保護裝置變形、TA二次端子盒發黑、屏內導線絕緣融化、有放電現象

以上TA被超高壓擊穿，均由于繼電保護裝置8~10ms內正確動作，沒有產生更大的損失。目前在系統中使用的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產品的對二次保護的工藝存在嚴重問題，雖然對棗蒙II線RCS－931保護裝置進行了整箱的更換及試驗，但是必須引以為戒，防止發生類似的事件。

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

圖2:倒裝式TA的導電部分原理圖

分壓結構采用中間分壓屏，中間分壓屏與高壓和低壓之間均為純SF6氣體絕緣，產品外露金屬表面經熱鍍鋅處理后加兩道底漆和兩道面漆；導電桿和一次接線端子及內部電極采用優質防銹鋁或銅材，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；全部標準件表面處理使用具有十倍于鍍鋅防腐能力、無氫脆、高的達克羅工藝或采用不銹鋼件；端子盒為全密封防腐結構，保護和測量用的繞組圍繞在一次導桿周圍，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擊穿現象，分析如下。

• 發生超高壓擊穿的原因主要是一次導電部分與二次屏蔽罩的安裝工藝和材料質量發生介質擊穿的問題，廠家介紹盆式絕緣子及二次接線板均經過承受全電壓和機械強度經過抗彎和抗拉試驗，電氣絕緣經過耐壓試驗，局部放電量均小于1pC。但是現場情況是發生絕緣擊穿時，SF6的壓力均在合格范圍，微水試驗也合格。說明安裝工藝存在問題，使用材料或金具的質量和尺寸不合格。直接導致高低壓的絕緣擊穿。局部放電時，電極A、B間的電介質可用等值模型表示，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:局部放電電介質等值模型

• 電力設備絕緣介質在足夠強的電場作用下局部范圍內發生的放電稱局部放電，這種放電僅造成導體間的絕緣局部短接（路橋），而不形成導電通道為限，強烈的局部放電對介質影響較大，絕緣強度很快下降，這是高壓絕緣損壞的重要因素，因此設計高壓電力設備絕緣時，要考慮長期在電壓作用下，不允許絕緣結構內發生較強烈的局部放電，對運行中的電力設備要加強檢測。例如2006年6月12日在500kV某站5051開關C相TA發生擊穿以后，立即對擴建的5041、5042開關TA進行耐壓試驗，同樣發現5042開關A相TA有放電現象，馬上進行了更換，使1.3 Ue耐壓試驗合格。

制造廠工作時，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壁，此處在運行中不斷放電，從而使玻璃鋼筒內壁產生爬電，最終導致內壁沿面閃絡。當沿面爬電發展到電容屏底部處時，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生放電。擊穿通道的高密度電流使材料發生不可逆的破壞，往往出現電火花甚至電弧。

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不合格進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，投入運行后，缺陷處不斷產生放電，導致鋁箔及聚酯薄膜燒傷及噴出。當電介質含有水分、氣泡及細微雜質時，常使擊穿場強降低。

擊穿標志著它在電場的作用下，保持絕緣性能的極限能力，是決定電力設備、電子元器件最終使用壽命的重要因素，介質擊穿電壓（MV/m）加在電介質上超過某一臨界值時，電介質的絕緣性*喪失的現象為介質擊穿，介質擊穿時，通過介質的電流集中于細少的通道流過，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而產生的問題，也有可能是由于其他放電生成物的污染導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，投入運行沒有發生問題。但是，對于500kV及以上產品，由于高壓電極對地間距加大，外電場分布極不均勻，瓷套內均壓屏蔽電極所對應的瓷套外側空氣中場強過高。在進行操作沖擊耐受電壓試驗時，外絕緣往往發生閃絡，單純地加高瓷套并不能解決問題，解決的方法是在瓷套內放置電容錐，以改善外電場分布或者采用分壓結構中間分壓屏，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）和變壓器等設備中，TA常用套管式TA，帶電的導體從中間穿過，導體用絕緣盆固定，安裝質量要求嚴格，結構上比較簡單。因此，對于運行在超高壓的TA，耐壓試驗、氣體微水、絕緣等試驗嚴格標準，而且嚴格安裝工藝要求，擊穿后解體分析的結果證明85%的問題是安裝質量問題，因此，廠家必須在油紙絕緣器身干燥設備和工藝，二次線圈經過熱風循環真空干燥罐的干燥處理，用大容量、高效率的真空脫氣系統對整個產品進行真空脫氣處理。

• 高壓電器絕緣介質SF6氣體具有很強的吸附電子的能力，稱為負電性，比空氣高幾十倍， SF6氣體另一個特征是較低溫時（2000K)的高導熱性,具有很強的息弧能力，是空氣的100倍。同時在二次部分有密切監視的報警到控制室。但是發生擊穿的TA說明，SF6表計指示及氣體正常，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生的高壓有明顯的區別，主要在時間和特征上不同。

TA在正常運行時，磁勢互相平衡，即I1 N1 =I2 N2 +I0 N1 ，其激磁安匝很小，鐵芯內的磁通不大，一旦二次開路時，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，使鐵芯達到高度飽和狀態，磁通波形畸變為平頂波，由于感應電勢與磁通的變化率成正比，因此在磁通Ф過零時，二次線圈中產生很高的尖頂電勢e2 ，其峰值可達幾十千伏、甚至上萬伏，這對工作人員和二次回路中的設備都有很大的危險，同時，由于鐵芯損耗增加將使鐵芯過熱，以致損壞線圈和絕緣。此時保護屏上反映TA斷線信號，TA發出異常聲音等，可以及時斷開電源進行處理。因此超高壓系統由于二次繞組開路造成擊穿的幾率很少。

反映在時間上是突發性的內部或外部爆炸。據現場觀察，拆除電流互感器的一次導桿。發現內導桿（銅質）安全閥打開一側有燒黑的痕跡。外導桿（鋁質）的SF6氣體側，存在嚴重的燒傷，部分鋁質導桿有燒熔，并且燒熔部分覆蓋了微量SF6分解物粉末。存在二次裝配錯誤的事實。通過以上現象,認為TA的安裝質量存在嚴重問題。特征是2—5ms引發高溫、過流、電動力畸變、爆炸等，在TA的所有線圈感受到故障電流，沒有損壞的保護根據所測到的模擬量及時跳閘，同時各個保護屏事先沒有TA斷線等異常報警信號。

• 在高電壓放電期間，在被高壓擊穿的物體上產生很大的電流，一般叫擊穿電流。而這個大電流就是在電氣設備上出現危險過電壓的主要根源，主放電的電流很大，能達幾十甚至幾百千安。由于TA的高電壓放電通道由一次導電桿→屏蔽層→線圈→二次接線盒→二次電纜→保護屏→大地，保護屏感受的是高電壓及過電流，其中以RCS-931A保護屏回路擊穿最為嚴重，當二次側遭受到高電壓沖擊時，就會在回路上產生一個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生擊穿，將大量的過電流泄入大地，最薄弱的地方為經過保護裝置的保護屏的接地線。從本繞組線圈的接線板的4mm2導線絕緣外皮融化的現象，可以判斷瞬間通過電流為50A左右。由于BP-2B母線保護和線路保護在8mS之內動作，及時斷開5051、5021、5012開關，避免更為嚴重損失，僅半個周波內，在5051TA端子箱內，高電壓的放電將相鄰端子排擊成黑色麻點狀。但是沒有找到最薄弱的泄電流處，最終將RCS-931A保護屏因過電壓、大電流變形燒毀。

• 根據幾次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。

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擊穿最為嚴重，高壓侵入二次，保護屏直接被高電壓侵入，保護裝置及交流接線全部報廢。由于其它保護裝置正確動作，避免了周圍的運行保護屏受到更大的危害。

2. 2001年6月17日500kV乙站500kV5032斷路器C相TA本體發生長久性接地故障，據分析，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壁，在與燒損等電位銅片相對應處，有一條電弧燒傷痕跡，與電容屏相對應的位置存在不連續的燒傷，但沒放電痕跡，電容屏內部只有少量煙熏的痕跡。所有放電及燒傷痕跡均在同一側位置。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。但是經現場有關人員的檢查，二次回路電纜端子排和保護屏沒有受到危害。原因根據SAS550系列TA在高電壓侵入二次回路時，在接線盒中對高電壓進行放電，即設入二次端對地保護間隙，將高壓電流旁路。

除了作好SF6氣體的微水檢測、高壓運行中的紅外線測溫、TA投入前的1.3 Ue耐壓試驗合格以及二次繞組的直流電阻試驗等；產品必須經過長途運輸試驗和絕緣試驗，證明其機械強度和電氣性能合格,質量可靠，同時二次回路加強保護措施。

作好開關站至繼電保護室敷設100mm2銅導線、以及在繼電保護室內敷設接地銅排網的反事故措施，接地銅排應一點與主接地網可靠連接。在主控室、保護室、敷設二次電纜的溝道、開關場的就地端子箱及保護用結合濾波器等處均是連接點。

在主控室、保護室柜屏下層的電纜室內，保護裝置不能采用通過槽鋼接地的接地方式。靜態型、微機型繼電保護裝置，以及收發信機的廠站接地電阻應符合GB/T2887-1989和GB9361-1988計算站長度安全技術條件所規定不大于0.5Ω的要求，上述設備的機箱應構成良好電磁屏敝體并有可靠的接地措施。

如果某一個二次繞組不用時則將其首末出線端子端接，廠家在二次接線盒內應備有短路片和對應的接地端子。

要經常檢查連接保護屏、監控屏的回路每個連接點是否松開，在檢查時可使用數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標準為2000V，可用2500V兆歐表代替，工作時注意斷開二次回路。

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,防止對保護屏及監控屏的侵入。放電間隙是簡單的過電壓保護，它的構造簡單、成本低廉、維護方便。它在變電站的主要應用是CVT的電容低壓端N與接地端之間的保護間隙；TV的二次繞組輸出的保護間隙。放電間隙是由兩個金屬電極構成的，一個電極固定在絕緣子上，接帶電部分。而另一個電極則用絕緣子與第一個電極隔開，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。在正常情況下，間隙對地是絕緣的。而當線路落雷、過電壓或TA一次與二次絕緣擊穿時，過電壓首先就通過接線盒的間隙泄入大地，起到應有的保護作用。常用的有球型間隙，它有平坦的伏秒特性，所以保護性能。

• 確實保證二次回路的安全

系統中多次發生的TA因為工藝質量被超高壓擊穿的事件，特別是對二次繼電保護保護屏帶來的嚴重危害，必須作出正確的技術分析。嚴格按照國網公司的要求，作好二次接地線、網的施工、維護。事實說明一些制造廠采用的保護措施在關鍵時間發揮作用，值得借鑒和保留，例如TA中的二次繞組的放電間隙，及時將侵入二次回路的高電壓泄入大地等安全技術措施，將故障限制在最小范圍，保證系統的盡快恢復投運及穩定運行。