姚 耀，孔德良，趙運(yùn)輝，林紅平

（甘肅電投大容電力有限責(zé)任公司石門坪水電站，甘肅 舟曲 747400）

0 引言

電流互感器是直接變換電流的設(shè)備。簡(jiǎn)單來說就是將發(fā)電、變電、輸電、配電等一次設(shè)備線路中的大電流變換成很小的電流（我國采用的電流互感器二次側(cè)標(biāo)準(zhǔn)電流為1 A或5 A），并接入自動(dòng)裝置，用于實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)量等功能。由于電力系統(tǒng)一次設(shè)備都是高電壓、大電流，直接測(cè)量數(shù)值是極其危險(xiǎn)的，通過采集電流互感器變換后的二次側(cè)電流，由變比計(jì)算就可以準(zhǔn)確得知一次設(shè)備的實(shí)際電流大小。因此，電流互感器是電力系統(tǒng)中使用最為廣泛的電氣設(shè)備之一。但是，電流互感器的使用也有著非常嚴(yán)格的規(guī)范要求，其中最為重要的就是電流互感器二次側(cè)回路絕不允許開路。

由于電流互感器的結(jié)構(gòu)原理，一次側(cè)繞組匝數(shù)很少，二次側(cè)繞組匝數(shù)較多，在正常工作時(shí)，二次側(cè)繞組所接負(fù)載的阻抗都是非常小的，幾乎是短路狀態(tài)，這樣以來，電流互感器的一次側(cè)電流和二次側(cè)電流所產(chǎn)生的磁通相互抵消，使鐵芯中的磁通密度處在極低的狀態(tài)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電流互感器一、二次側(cè)的電壓都可以小到忽略不計(jì)。然而，電流互感器二次側(cè)回路一旦發(fā)生開路，由于一次側(cè)電流不變，此時(shí)二次側(cè)電流為零，在鐵芯中就不會(huì)有抵消一次電流所產(chǎn)生的磁通，也就是說一次側(cè)電流全部用于電流互感器鐵芯勵(lì)磁，會(huì)使鐵芯磁通急劇增加，遠(yuǎn)超出飽和狀態(tài)，造成鐵芯損耗增大，繞組和鐵芯嚴(yán)重發(fā)熱，同樣根據(jù)電磁感應(yīng)定律，磁通的增大，二次側(cè)繞組的開路點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生峰值很大的高電壓，直接危及人身和設(shè)備安全，同時(shí)會(huì)造成二次側(cè)電流不平衡，可能引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，降低了主設(shè)備運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 電站概述

石門坪水電站位于甘肅省甘南州舟曲縣境內(nèi)白龍江干流之上，電站裝有三臺(tái)軸流定槳式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)15 MW（3×5 MW），設(shè)計(jì)引用流量130 m3/s。于2006年投產(chǎn)發(fā)電，建成后多年平均發(fā)電量約0.65億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)接近5 000 h。石門坪水電站的主接線采用“三機(jī)一變”擴(kuò)大單元方式，共用10.5 kV母線經(jīng)主變升壓后送至35 kV電網(wǎng)系統(tǒng)。該水電項(xiàng)目?jī)H用了一年時(shí)間就完成了開工建設(shè)到首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的重要任務(wù)，刷新了干流主河床上項(xiàng)目建設(shè)投產(chǎn)的新紀(jì)錄，為企業(yè)拓展水電業(yè)務(wù)創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 異常事件經(jīng)過

（1）電站2號(hào)發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，有功功率5.1 MW、無功功率0.78 Mvar、電壓10.6 kV、頻率50.02 Hz、入庫流量42 m3/s，1號(hào)發(fā)電機(jī)組停機(jī)備用，3號(hào)發(fā)電機(jī)組定期檢修。運(yùn)行當(dāng)班人員例行設(shè)備巡回檢查工作時(shí)，在10.5 kV高壓配電室內(nèi)聞到絕緣異味，且主要集中于2號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器柜。深入檢查，在打開2號(hào)發(fā)電機(jī)組二次回路接線柜后異味濃重，詳細(xì)檢查二次接線，沒有異?，F(xiàn)象。由于一次設(shè)備帶電運(yùn)行，高壓開關(guān)柜無法打開，觀察窗視野有限，柜內(nèi)一次設(shè)備無法全面檢查。為降低發(fā)電機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)班運(yùn)行人員果斷倒換備用機(jī)組，將2號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為停機(jī)檢修態(tài)。

（2）電氣檢修人員對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)的一次設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組機(jī)端電流互感器A相二次側(cè)第二繞組內(nèi)側(cè)有明顯灼痕（圖1），測(cè)量灼傷區(qū)域最高溫度達(dá)到70℃。檢查該電流互感器異常繞組的二次側(cè)外部接線，確認(rèn)接線螺絲緊固，測(cè)量二次側(cè)電流回路阻值正常，測(cè)量電流互感器本體繞組發(fā)現(xiàn)阻值波動(dòng)較大且不穩(wěn)定，檢查確認(rèn)該繞接線引至2號(hào)發(fā)電機(jī)組差動(dòng)保護(hù)電流回路，經(jīng)檢查保護(hù)裝置未發(fā)出異常報(bào)警，差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作。初步判斷為該電流互感器二次側(cè)繞組接觸不良，造成接觸阻抗增大，引起局部放電擊傷絕緣護(hù)板，并散發(fā)出絕緣異味。

圖1 A相電流互感器二次側(cè)第二繞組內(nèi)側(cè)灼痕

3 現(xiàn)場(chǎng)處理過程

（1）異常情況發(fā)現(xiàn)確認(rèn)后，電氣檢修人員對(duì)該組電流互感器進(jìn)行整體拆卸，搬出高壓開關(guān)柜，并全面分解，通過查看電流互感器本體的故障點(diǎn)，深入分析故障原因，再研究解決辦法。

（2）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)異常的電流互感器進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，確定該設(shè)備已不能正常使用，必須更換。由于電站未儲(chǔ)備該電流互感器備品，定制新設(shè)備最快需要一周左右，考慮到電站當(dāng)時(shí)來水量逐漸增大，為保證現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，決定采取替換方式先解決實(shí)際問題。由于3號(hào)發(fā)電機(jī)組處于完全檢修狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)不具備啟動(dòng)運(yùn)行條件，且2號(hào)與3號(hào)發(fā)電機(jī)型號(hào)、參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)相同，此組電流互感器也是同型號(hào)、同規(guī)格。因此，電氣檢修人員通過伏安特性試驗(yàn)對(duì)比兩組電流互感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)后，將檢修機(jī)組的三相電流互感器平行替換至2號(hào)機(jī)組，有效做到物盡其用。

（3）電流互感器更換完成后，電氣檢修和當(dāng)班運(yùn)行人員分別對(duì)設(shè)備做全面檢查，反復(fù)確認(rèn)無誤后，恢復(fù)2號(hào)發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，負(fù)荷緩慢遞增至額定功率，檢查該電流互感器、發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置、測(cè)量裝置等設(shè)備運(yùn)行良好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。至此，2號(hào)發(fā)電機(jī)組機(jī)端電流互感器二次側(cè)繞組異常事件處理完畢。

4 原因分析

（1）經(jīng)過調(diào)查電站2號(hào)發(fā)電機(jī)組電流互感器異常運(yùn)行階段的全部數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)三相電流均衡穩(wěn)定，確認(rèn)該電流互感器二次側(cè)第一繞組（回路接至測(cè)量裝置）性能良好，第二繞組接至2號(hào)發(fā)電機(jī)組差動(dòng)保護(hù)回路，追憶保護(hù)裝置未發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作，測(cè)量檢查該回路負(fù)載幾近短路態(tài)，由此可判斷該二次電流回路正常，客觀證實(shí)該電流互感器二次側(cè)繞組僅出現(xiàn)內(nèi)部接觸不良的情況，未發(fā)生開路事故。此外，通過核查2號(hào)發(fā)電機(jī)組檢修后啟動(dòng)過程中完成的發(fā)電機(jī)短路升流試驗(yàn)和帶負(fù)荷試驗(yàn)記錄，所有數(shù)據(jù)正確且真實(shí)，結(jié)合該電流互感器及其二次側(cè)回路在后期一段時(shí)間的運(yùn)行中無異常表現(xiàn)，斷定未發(fā)生因電氣檢修人員工作失誤或操作不當(dāng)而造成此次異常事件。

（2）電氣檢修人員對(duì)異常的電流互感器現(xiàn)場(chǎng)拆卸檢查發(fā)現(xiàn)，電站使用的此款電流互感器存在一定的設(shè)計(jì)缺陷，其二次側(cè)采用延長(zhǎng)連接形式（連接排）引出，連接排一端用螺絲緊固于電流互感器本體二次側(cè)繞組，另一端用螺絲連接二次電流回路接線（圖2）。發(fā)現(xiàn)的弊端是在進(jìn)行電流互感器檢修試驗(yàn)的過程中，當(dāng)拆、裝電流回路接線螺絲時(shí)，會(huì)造成連接排受扭力作用發(fā)生左右偏動(dòng)，容易使連接排繞組端的螺絲緊固力逐漸降低，加之長(zhǎng)期運(yùn)行受電磁振動(dòng)的影響就容易出現(xiàn)內(nèi)部連接處螺絲松勁，造成電流互感器二次側(cè)繞組接觸不良、放電、發(fā)熱將絕緣灼傷，由于此次異常情況發(fā)現(xiàn)及時(shí)，處置得當(dāng)，并未造成電流互感器二次側(cè)開路事故。

圖2 電流互感器二次側(cè)采用延長(zhǎng)接線排形式

（3）電站使用的該形式電流互感器在安裝到固定基礎(chǔ)后，連接本體二次側(cè)繞組端的緊固螺絲完全被壓藏于絕緣擋板和固定底板之下（圖3），常規(guī)檢查、試驗(yàn)工作根本無法涉及到此處，因此電氣檢修人員未能發(fā)現(xiàn)電流互感器二次側(cè)繞組接線存在兩處連接點(diǎn)（通常電流互感器為一體澆筑而成，二次側(cè)僅有回路接線一處緊固螺絲）。由于每年電流互感器的各項(xiàng)檢修試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常，檢修人員僅需對(duì)電流互感器一次連接部位、二次接線部位、安裝固定部位的螺絲進(jìn)行檢查緊固，沒有全部拆解的必要。如需對(duì)此組電流互感器進(jìn)行拆卸，應(yīng)盡可能在10.5 kV母線停電時(shí)開展，由于受電站三機(jī)一變擴(kuò)大單元接線方式的限制，開展此項(xiàng)工作的安全措施條件復(fù)雜，作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果差，因此不屬于常規(guī)設(shè)備檢修維護(hù)項(xiàng)目之中。

圖3 電流互感器的安裝固定方式

5 整改措施

（1）根據(jù)以上原因分析的結(jié)論，為徹底消除電流互感器的此類異常問題，電站及時(shí)聯(lián)系設(shè)備廠家，定制了三臺(tái)同規(guī)格、同參數(shù)、同性能的電流互感器，取消了二次側(cè)延長(zhǎng)連接排，采用繞組與二次回路直接連接的形式，僅保留一處緊固螺絲（圖4）。如此以來，不僅解決了兩處連接容易造成螺絲松動(dòng)的問題，可有效防止電流互感器二次側(cè)開路，而且便于定期開展電流互感器的檢修試驗(yàn)工作，進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。但要注意電流互感器的替換原則，除了常規(guī)的試驗(yàn)以外，特別是用于繼電保護(hù)回路的二次側(cè)繞組，還必須通過伏安特性試驗(yàn)來匹配鐵芯飽和程度相近的電流互感器，以免在使用過程中出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)情況。

圖4 新安裝的電流互感器

（2）對(duì)目前仍在使用的舊款電流互感器，電氣檢修人員擇機(jī)對(duì)其二次側(cè)繞組的連接排做緊固檢查，特別是內(nèi)側(cè)連接點(diǎn)。

（3）提前準(zhǔn)備電流互感器的改造計(jì)劃和方案，新的電流互感器安裝運(yùn)行一年時(shí)間，通過分析使用情況，利用下個(gè)設(shè)備檢修周期對(duì)另外兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的舊款電流互感器進(jìn)行整體更換，徹底消除此類設(shè)備隱患和安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）生產(chǎn)運(yùn)行人員要繼續(xù)強(qiáng)化對(duì)一次設(shè)備日常巡回檢查的質(zhì)量，加強(qiáng)對(duì)大電流過流部件的溫度監(jiān)視工作，并做好相關(guān)設(shè)備的異常情況的事故預(yù)想，以提高運(yùn)行人員分析異常問題的能力。

（5）電氣檢修人員要深入學(xué)習(xí)掌握一次設(shè)備異常情況的現(xiàn)象判斷、原因分析、處理方式、試驗(yàn)方法、注意事項(xiàng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不斷完善設(shè)備質(zhì)量、積累工作經(jīng)驗(yàn)、提高技能水平，堅(jiān)決杜絕此類問題的再次發(fā)生。

6 結(jié)束語

本文通過對(duì)發(fā)電機(jī)電流互感器二次側(cè)繞組異常運(yùn)行事件分析，簡(jiǎn)單描述了事件處理的過程，分析了造成異常的原因，總結(jié)了根治解決問題的可行方法，強(qiáng)調(diào)了電流互感器可靠運(yùn)行的重要意義，更應(yīng)該高度重視電流互感器等電氣一次設(shè)備的日常巡檢和定期維護(hù)工作。通過處理此次事件，發(fā)電企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極研究此類異常，對(duì)照生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題，并合理改造存在重大安全隱患的設(shè)備，是完全可以降低設(shè)備故障概率的。為打造企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)，消除設(shè)備安全隱患、改善設(shè)備運(yùn)行狀況、降低設(shè)備維護(hù)成本，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全效益和經(jīng)濟(jì)效益的提高。