电厂电气互感器故障诊断实例

-电厂电气互感器故障诊断实例在火力发电厂与核电站的电气一次系统中，电流互感器（CT）与电压互感器（PT/VT）不仅是计量与保护回路的“感知器官”，更是保障电网稳定运行、防止设备恶性事故的关键防线。一旦这些设备发生隐性故障或突发损坏，轻则导致保护误动、计量失准，重则引发主变压器烧毁、母线短路甚至全厂停电的灾难性后果。本文选取某600MW超临界燃煤机组在运行过程中发生的典型互感器故障案例，深入剖析其故障现象、诊断过程、原因分析及处理措施，旨在为电厂电气检修人员提供一套可复制、可操作的实战诊断思路。该电厂2号机组在2023年11月的一个深夜，运行负荷稳定在550MW。监控后台突然弹出多条告警信息，包括"2号主变高压侧CT二次回路接地报警”、“差动保护动作跳闸”以及"B相电流显示异常”。运行人员立即启动应急预案，检查发现2号主变高压侧（220kV侧）B相电流互感器二次侧绝缘监察装置显示“绝缘降低”，且保护装置记录的故障电流波形显示B相电流幅值明显低于A、C相，呈现明显的三相不平衡特征。现场紧急停运后，检修人员到达现场。初步外观检查显示，该组CT为油浸式结构，外观无明显破损，油位正常，但二次接线盒内部有轻微异味，且B相端子排处有轻微放电痕迹。使用2500V兆欧表测量二次绕组对地绝缘电阻，A、C相均在5000MΩ以上，而B相仅测得15MΩ，且数值随时间推移持续下降，初步判断B相二次回路存在严重绝缘缺陷或内部受潮。故障诊断逻辑与排查过程面对此类故障，盲目拆解或更换设备是极其危险且低效的。科学的诊断必须遵循“由外及内、由简入繁、数据佐证”的逻辑链条。首先，排除二次回路外部因素。检修组首先对二次电缆进行逐项排查，断开CT二次侧所有负载，包括保护屏、测控屏及计量屏的接线。测量电缆芯线对地绝缘，确认外部电缆绝缘良好，排除了电缆破损或接线盒进水导致的外部短路可能。其次，进行二次侧回路特性测试。在断开二次负载的情况下，对CT本体二次绕组进行直流电阻测试。A、C相绕组直流电阻分别为0.45Ω和0.46Ω，符合出厂标准；而B相绕组直流电阻高达12.8Ω，且阻值波动剧烈。这一数据异常直接指向了B相二次绕组内部存在匝间短路或接触不良。为了进一步确认故障性质，现场进行了变比测试和励磁特性曲线测试。测试结果显示，B相CT在1A励磁电流下，其励磁电压仅为正常相的30%，且励磁曲线在低磁密区即出现饱和拐点，这表明铁芯磁路已严重受损，或者二次绕组内部发生了严重的匝间短路，导致有效匝数大幅减少。综合上述数据，故障定位清晰指向CT本体内部。然而，油浸式CT内部故障往往伴随着绝缘油性能的劣化。因此，对互感器油样进行色谱分析成为关键一步。油色谱分析数据对比气体组分正常参考值(μL/L)故障油样实测值(μL/L)异常倍数特征分析氢气(H₂)<5850170倍放电性故障特征乙炔(C₂H₂)<0.5125250倍高能量放电/电弧总烃<1034034倍过热或放电一氧化碳(CO)<502805.6倍固体绝缘碳化二氧化碳(CO₂)<1006506.5倍固体绝缘老化从色谱数据可以看出，乙炔（C₂H₂）和氢气（H₂）含量急剧升高，这是典型的油中放电故障特征。特别是乙炔含量远超注意值，说明设备内部存在高能量的电弧放电，而非普通的局部放电或过热。结合CO和CO₂的升高，可以推断放电点极可能发生在二次绕组匝间，高温电弧导致匝间绝缘瞬间烧毁，并进一步碳化了周围的固体绝缘材料（纸板、木块等）。故障根源深度分析拆解CT后盖并吊出器身，现场情况与数据分析高度吻合。B相二次绕组上层绝缘纸严重碳化，存在明显的烧蚀孔洞，部分匝间铜线已熔断并搭接在一起。在二次绕组下方，发现绝缘油中有大量黑色碳粒沉淀。深入分析故障成因，主要归结为以下三点：1.长期局部放电累积效应：该台CT投运已逾15年，虽然历次预防性试验数据均处于合格范围内，但微小的局部放电在长期运行中并未引起足够重视。在电网电压波动或雷击过电压的冲击下，局部放电能量逐渐累积，导致匝间绝缘薄弱点发生击穿。2.制造缺陷与工艺遗留：拆解时发现，B相二次绕组绕制时，层间绝缘纸存在微小褶皱，且在浸漆工艺中，部分槽口处漆膜未完全覆盖。这种隐蔽的工艺缺陷在长期电应力作用下，极易形成绝缘薄弱区，成为故障的起始点。3.二次负载过重与谐波影响：该机组二次回路接入的保护装置较多，且近年来增加了智能终端设备，导致二次负载阻抗略有增加。在系统发生谐波污染时，CT铁芯易进入非线性饱和区，产生附加损耗和发热，加速了绝缘老化进程。处理措施与整改方案针对此次故障，检修团队制定了“更换本体、优化回路、全面排查”的综合整改方案。首先，立即更换故障的B相电流互感器。新选用的CT型号与原设备一致，但在出厂前进行了更严格的型式试验，特别是增加了局部放电试验和老练试验，确保其绝缘性能优于旧设备。其次，对二次回路进行彻底改造。更换了所有老化的二次电缆，并在二次回路中加装了专用的高精度绝缘监视装置，实现对绝缘电阻的实时在线监测。同时，优化了保护屏的接线工艺，增加了屏蔽层的接地处理，防止外部干扰。最后，开展举一反三的全面排查。利用此次停机机会，对全厂220kV及110kV侧的42台同类CT进行了预防性试验和油色谱分析。数据显示，有3台CT的氢气含量有缓慢上升趋势，虽未超标，但已纳入重点关注名单，制定了缩短试验周期的监控策略。数据验证与运行效果更换设备并恢复送电后，进行了为期72小时的带负荷试运行。监测数据显示，B相二次电流波形完美对称，三相不平衡度控制在0.5%以内（原故障时高达15%）。差动保护动作值回归正常，无异常告警。运行一个月后的油色谱复测数据显示，新投运CT油中特征气体含量均低于检测下限，绝缘电阻稳定在10000MΩ以上。这表明故障已被彻底消除，且新的监控措施有效防止了类似隐患的复发。经验总结与启示本次故障诊断案例再次印证了“预防性试验”与“在线监测”相结合的重要性。传统的定期试验往往存在时间盲区，难以捕捉突发性故障的前兆。而油色谱分析和局部放电在线监测技术，能够敏锐捕捉到设备内部的微小变化，将故障消灭在萌芽状态。对于电厂电气管理人员而言，以下几点经验值得推广：1.数据趋势分析优于单次数据判定：不能仅看试验数据是否合格，更要关注数据的长期变化趋势。如本案例中，虽然早期数据合格，但局部放电量的微小增长趋势是故障的前奏。2.重视二次回路的“最后一公里”：故障往往发生在接线盒、端子排等连接处，这些部位容易受环境湿度、粉尘影响，需加强密封和防潮处理。3.建立设备全生命周期档案：从出厂试验、安装投运、历次检修到故障处