电流互感器常见故障分析

电流互感器常见故障分析

黄建平1刘莹2

（1国网四川省电力公司映秀湾电厂；2国网四川省电力公司检修公司）

摘要：电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，电流互感器由闭合铁芯和绕组组成。依据电磁感应原理工作，电流互感器作为一种特殊的变压器，通过串接在测量仪表之中保护电路，广泛应用于电力系统测量研究、仪表测量、自动装置和继电器保护系统中。电流互感器在工作状态下，始终呈闭合形式，只有当电网电压和电流超过预设值时，电能表和其他测量仪表通过互感器接入电网系统之中继而保护电力设备并进行其他测量。本文通过电流互感器的简单介绍后，主要就作者本人在实际工作中遇到的电流互感器异常、故障进行分析，同时结合目前状态检修工作中的电流互感器的要求介绍了运行中的电流互感器的维护与注意事项，为今后的安全工作提供有效的保证，也希望对相关工作人员有所参考。

关键词：电流互感器；常见故障；日常维护

一、电流互感器的定义

电流互感器又被称为“仪用互感器”。主要是通过扩大仪表量程、多电流保证测量准确性。电流互感器原理上跟变压器差不多，利用电磁感应系统，改变电流大小进行工作。电流互感器一端连接被测电流绕组N1，另一端连接测量仪表N2。在发电、变电、输电以及配电过程中通过线路电流的大小差异进行测量，控制和保护统一电流。一般情况下电路电压会很高会影响测量结果，电流互感器这时候就需要起到转换和隔离大电流的作用。

二、电流互感器分类

1、根据国家测量原理分类，电流互感器主要分为：空心电流互感器、光学电流互感器和低功率LPCT电流互感器。

2、以技术类型划分，电流互感器又大致可分为：传感单元全光纤、传感光学玻璃、激光供电+空心线圈+铁芯线圈、地电位直流供电+空心线圈+铁芯线圈。

3、按安装方式分：贯穿式电流互感器、支柱式电流互感器、套管式电流互感器、。

4、按用途分：测量用电流互感器、保护用电流互感器、。

5、按绝缘介质分：干式电流互感器、浇注式电流互感器、油浸式电流互感器、气体绝缘电流互感器。

6、按电流变换原理分：电磁式电流互感器、光电式电流互感器、。

三、电流互感器的常见故障

（一）电流互感器生产中的存在问题

1、信号变换流程差异

2、研究力度不够

3、缺乏对电流互感器运行状态的实时性监测

4、电磁干扰对电流互感器的影响

5、生产过程中的不确定因素影响

（二）电流互感器运行中的常见故障

由于电流互感器在正常运行中，二次回路接近于短路状态，一般认为无声，电流互感器故障时常伴有声音及其它现象发生。当二次回路突然开路时，在二次线圈产生很高的感应电势，其峰值可达几千伏以上，危及在二次回路上工作人员生命和设备安全，而且高压可能电弧起火。同时，由于铁芯里磁通急剧增加，达高度饱和状态。铁芯损耗发热严重，可能损坏流变的二次绕组。此时因磁通密度增加引起非正弦波，使硅钢片振动极不均匀，从而发生较大的噪声。

1、运行过热或开路。有异常的焦臭味，甚至冒烟。产生此故障的原因是：二次开路或一次负荷电流过大。

2、内部有放电声，声音异常或引线与外壳间有火花放电现象。产生此故障的原因是：绝缘老化、受潮引起漏电或电流互感器表面绝缘半导体涂料脱落。

3、主绝缘对地击穿。产生此故障的原因是：绝缘老化、受潮、系统过电压。

4、一次或二次绕组匝间层间短路。产生此故障的原因是：绝缘受潮、老化、二次开路产生高电压，使二次匝间绝缘损坏。

5、电容式电流互感器运行中发生爆炸。产生此故障的原因是：正常情况下其一次绕组主导电杆与外包铝箔电容屏的首屏相连，末屏接地。运行过程中，由于末屏接地线断开，末屏对地会产生很高的悬浮电位，从而使一次绕组主绝缘对地绝缘薄弱点产生局部放电。电弧将使互感器内的油电离气化，产生高压气体，造成电流互感器爆炸。

四、电流互感器运行中的常见故障分析及处理

针对上述电流互感器在实际工作中可能遇到的电流互感器故障,同时结合作者工作中遇到的电流互感器异常进行故障原因及处理进行简单分析。

（一）电流互感器运行中二次回路短路

xx年x月x日，某电力公司在500千伏xx变电站5021开关端子箱更换过程中，发生一起因二次安全措施疏漏，造成500千伏桃龙二线线路2号保护光纤差动保护动作、桃龙二线跳闸的不安全事件。

经检查发现，500千伏桃龙二线5021开关电流回路与运行中的5022开关电流回路在500千伏桃龙二线2号线路保护屏后并接（和电流用于线路保护）。同时，检查还发现，现场使用的5021开关端子箱更换标准化作业卡中，没有5021开关电流回路与运行设备隔离的相关二次安全措施。综合故障录波分析，由于二次安全措施不到位，现场工作人员在整理电缆过程中，5021开关A、C相电流回路短接，直接造成运行中的5022开关A、C相电流回路短接，导致500千伏桃龙二线2号线路保护采样电流变化，差动保护动作。

图3-1电流互感器二次回路短路示意图

该事件发生的直接原因：

1、现场作业人员违反川电调控【2013】304号文《四川电网继电保护及安全自动装置防“三误”工作规定（试行）》第五十二条第7款规定:“进行场地端子箱更换前应在运行的保护屏内断开相关电流回路，并用红胶布在断开点处进行封闭”要求，二次安全措施严重不到位，没有将5021开关电流回路与运行设备进行有效隔离，是造成此次事件的主要原因。

2、检修人员未严格执行《安规》中“在运行设备的二次回路上进行拆、接线工作，以及在对检修设备执行隔离措施时，需拆断、短接和恢复同运行设备有联系的二次回路工作应填用二次工作安全措施票”的要求，标准化作业卡流于形式，是造成此次事件的次要原因。

该事件中运维工作需要整改和加强的措施：

（1）加强检修作业现场特别是电流互感器检修工作的安全风险管控。

（2）加强二次工作安全措施票管理。

（3）严格落实安全监督管理职责。

（4）加强人员安全教育培训。

（5）加强检修作业计划管理。

（二）电流互感器运行中二次开路

xxx年xx月xx日xx时，某送变电公司在更换500千伏xx变电站xxx线5023CT送电后，对开关端子箱进行CT极性测试时，由于5023CT二次绕组电流端子连接连接松动且工作人员操作不当，造成5023CT二次回路开路，在二次线圈产生很高的感应电势，直接导致当时的工作人员的伤亡及设备烧毁。事件暴露工作人员不清楚电流互感器回路工作的危险点，且施工作业组织不力、二次专业管理不到位、现场安全措施审核把关不严等问题。

（三）电流互感器运行中爆炸

xx年xx月xx日xx时xx分xx秒，某电力公司500kVxx变电站5022开关电流互感器C相故障起火。故障导致该站5021、5022、5023断路器跳闸，500kV蜀山一线、1号主变停运。受5022开关CT故障着火产生的油污、粉尘等高温烟气影响，该站第一串5011、5012开关跳闸，500kV蜀景一线停运，对成都地区负荷造成不小的冲击。

故障后，经现场检查及确认，发现故障CT储油柜及瓷套碎裂，器身整体落地，绝缘烧毁，散落地面（图3-1）；CT膨胀器拉起，与产品分离；二次壳体下部靠近一次绕组P1侧大面积电弧烧蚀，二次线圈暴露，二次壳体外部绝缘纸除被压位置外全部烧毁（图3-2）；P1侧一次绕组铝管烧毁严重（图3-3）；二次引线管坠落至地面，其外包油纸绝缘起火燃烧。故障CT末屏接线正常，二次接线盒内接线正常。

图3-1器身散落

图3-2二次线圈暴露

故障后检查5022断路器A、B相CT，其外观正常，油面正常，一、二次接线及末屏正常，取油化验发现5022开关B相CT乙炔含量为0.26μL/L，其余正常；

1、爆炸电流互感器解体检查情况

xx月xx日，该电力公司人员会同电科院、生产厂家人员对故障设备进行了进一步的检查，情况如下：

（1）、二次引线铝管：表面绝缘烧损严重，经清理后未发现电弧烧蚀痕迹（图3-3）。

图3-3二次引线铝管烧损严重

（2）、储油柜：收集现场散落的储油柜碎片，经清理后检查内外表面均未见电弧烧蚀痕迹。

（3）、二次线圈铝护盒：外部包扎的绝缘纸除护盒顶部部分被埋压残存外，其余部分均已烧毁

（4）、二次线圈铝护盒：颈部P1侧烧损形成较大缺口，缺口一侧有明显断痕，一侧已烧蚀成纸片状

（5）、导电杆：P2侧未见烧蚀痕迹，P1侧有约10cm长烧蚀痕迹（图3-4）

（6）、导电杆：P1侧导电杆中间位置有两块滴落的融化铝（图3-5）。

图3-4导电杆P1侧

图3-5导电杆上的融化铝

图3-6烧毁的二次线圈

（7）、二次线圈：外包绝缘纸已全部烧毁，线圈裸露、松动，大面积过火变色，靠近P1侧线圈有电弧烧蚀痕迹（图3-6）。

2、故障初步原因分析

故障后，某电力公司相关人员会同电科院、生产厂家人员在现场对故障设备

进行了分析，初步原因如下：

根据现场运行记录，系统为正常运行方式，无过电流、过电压，因此可以排除外部原因引起设备故障。

从故障录波图分析（图3-7），故障时5022断路器C相故障电流达到9.7kA，持续时间70ms，存在明显贯穿金属性接地故障。

图3-7故障录波图

图3-8P1侧导杆及对应铝壳放电烧蚀痕迹

从故障设备的检查情况看，可推断CT二次铝壳下部至一次P1端子侧铝管存在最终的放电贯穿通道（图3-8），即故障是通常所说的倒置式CT三角区绝缘击穿引起，（倒置式CT三角区为二次铝壳与二次铝管结合部位，因其形状复杂、场强集中、包扎困难，为倒置式CT绝缘最易损区域）。

根据现场爆炸碎片可以看出CT二次侧无明显短路及烧蚀痕迹。但由于故障CT损毁严重，二次铝壳外包绝缘纸已全部烧毁，引发故障的起始点已无法准确判定。

结论：初步分析故障可能原因是该台CT在制造过程中，三角区包扎存在缺陷，经过近2个月时间运行，缺陷部位开始逐步发展直至最终击穿。

xxx厂生产的AGU-550型电流互感器在四川公司系统共计还有318台在运（含故障的5022CT），生产日期从2007年至2013年，分布在15座变电站，最长运行时间为6年。（见表3-1）

表3-1产品出厂时间及四川公司系统产品分布表

从运行情况看，产品运行情况整体稳定，基本未发生过漏油、发热等缺陷，但从油色谱监督情况看，随着运行时间增长，设备油中会逐渐出现乙炔。500kVXX变电站5022开关CT故障后，该公司已开始紧急开展排查，重点检查油位，开展红外成像检测，并配合进行取油样试验及末屏接地情况检查。通过公司系统内的整体排查，排出了产品家族性缺陷的可能，应是生产过程中的不确定因素造成产品质量的问题。

五、电流互感器运行中的日常维护及注意事项

针对电流互感器的故障原因分析，及时准确地发现电流互感器的异常情况就显得尤为重要，因此在日常工作中加强电流互感器的日常维护可最大限度的避免事故的发生。

（一）电流互感器运行中的日常维护

电流互感器的维护与检查是为了保证电流互感器的安全稳定运行，因此在日常实际中要对其进行必要的维护和检查。目前，电力系统提倡设备状态检修，即根据设备在正常运行中的巡视、红外测温、缺陷跟踪、设备状态评价、带电监测等手段对设备的检修周期和项目进行确定，这些手段同样可以用以电流互感器的运行维护。主要维护与检查项目如下：

1、通过红外成像仪对允许的电流互感器进行红外测温，以检查电流互感器有无过热现象，同时通过例行巡视等也可以检查电流互感器有无异声及焦臭味；

2、若是油浸式电流互感器，电流互感器油位正常，无渗、漏油现象；瓷质部分应清洁完整，无破裂和放电现象；

3、定期检验电流互感器的绝缘情况；对充油的电流互感器要定期放油，试验油质情况；

4、检查电流表的三相指示值应在允许范围内，不允许过负荷运行；

5、检查二次侧接地线是否良好，应无松动及断裂现象；运行中的电流互感器二次侧不得开路；

6、接地应牢固可靠；

7、电流互感器的运行温度最高不得超过50摄氏度；

8、运行的电流互感器由于绝缘受潮或过电压而发生绝缘击穿，损坏后应原样进行修复；

9、检修好后的电流互感器需进行试验，合格后方可投入运行。

（二）电流互感器运行中的注意事项

1、极性连接要正确。电流互感器一般按减极性标注，如果极性连接不正确，就会影响计量，甚至在同一线路有多台电流互感器并联时，全造成短路事故。

2、二次回路应设保护性接地点，并可靠连接。为防止一、二次绕组之间绝缘击穿后高电压窜入低压侧危及人身和仪表安全，电流互感器二次侧应设保护性接地点，接地点只允许接一个，一般将靠近电流互感器的箱体端子接地。

3、运行中二次绕组不允许开路。否则会导致以下严重后果：（1）二次侧出现高电压，危及人身和仪表安全；（2）出现过热，可能烧坏绕组；（3）增大计量误差。

4、用于电能计量的电流互感器二次回路，不应再接继电保护装置和自动装置等，以防互相影响。

结束语

我国电力系统正处于一个快速发展的时期，电流互感器也得到了的广泛应用，我们现场工作者只有在日常的工作中不断加强对电流互感器的日常维护及异常、故障的分析探究，才能更有效地保证国家电网的安全可靠运行。

参考文献

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[2]赵志刚，电流互感器常见故障与处理，2011

[3]钟守熙，电流互感器典型故障案例分析，《四川电力技术》，2009

[4]张全元，变电运行现场技术问答，中国电力出版社，2011

[5]刘莹，500kV丹景变电站现场运行规程，2014