闻会波 许乃平 贾英杰 李念飞 杨旭

摘要某核电厂400/500kV气体绝缘金属封闭开关设备（GIs）超高压开关站运行期间电流互感器（CT）二次绕组发生开路故障，导致核电机组主外电源不可用，严重时会造成机组停机停堆。本文从CT安装方式、断口形貌和能谱分析、模拟振动试验3方面分析了开路故障的原因，并提出了2种解决方案。其中的CT二次绕组引出线在线修复工艺已成功应用于某核电厂CT断线抢修和全站CT二次绕组开路隐患处理，修复完成的CT各项参数验收合格，从根本上消除了CT二次绕组开路隐患。

关键词气体绝缘金属封闭开关设备（GIs）;电流互感器（CT）;开路故障;在线修复工艺

某核电厂400/500kV气体绝缘金属封闭开关设备（CIs）[1]开关站选用IPME1/560-T155型电流互感器（CT），其主要用于继电保护.测量.计量等工作，通过夹具安装固定在CIs壳体上，断路器分合闸操作时，CT会跟随一起振动。自该开关站投运至今，其CT二次绕组均存在不同程度的损伤，累计发生4起开路故障，给核电厂带来巨大的经济损失。解体故障CT后发现断点位于CT二次绕组引出线位置，通过截取断口部位（具体指的是哪一部分？建议作者详述）金属进行失效分析，得出开路故障产生的具体原因，并制定了切实可行的处理措施。

1 CT二次绕组开路故障

CT是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来进行保护.测量.计量的设备。CT的一次绕组匝数很少，二次绕组匝数较多并串接在二次测量或保护回路中。CT在工作时，要求其二次侧闭合，当二次侧开路时，感应电流主要用于激磁，造成铁芯过度饱和，引起铁芯发热，同时在二次侧感应出危险的高电压，其峰值可达几千伏，危及人身及设备安全。产生的高电压将严重烧蚀CT本体，使其内部橡胶层碳化，同时丧失功能，发电机变压器组高压设备则失去保护，导致核电机组主外电源不可用，严重时机组状态需后撤甚至停机停堆，给电厂带来了巨大的经济损失及负面影响。

2 原因分析

2.1 CT内部结构与安装方式分析

此开关站采用环氧树脂浇注式结构的CT，总重量约76kf，CT内部铁芯由硅钢片组成，二次绕组为单股铜导线，均匀紧密地缠绕在环形铁芯上，外层由环氧树脂浇注，铁芯和环氧树脂之间由多层软性橡胶层包裹填充（图1），存在间隙，当操作断路器时，CT跟随振动，CT内部存在活动的间隙，由于CT自身惯性与浇筑环氧层和金属铁心在承载时变形存在差异，因此振动过程中CT二次绕组引出线会承受应力作用，在应力作用下发生断裂失效。

CT按照安装位置分为串内CT和串外CT。串内CT的安装方向为接线盒朝上安装，串外CT的安装方向为接线盒朝下安装。当CT为接线盒朝上安装时，振动过程中，CT内部铁芯繞组在重力作用下下沉，拉扯浇筑固定在环氧树脂中的二次引出线，使其承受拉应力作用，而CT为接线盒朝下安装时，振动过程中，铁芯绕组下沉压缩二次引出线，使其承受压应力作用，铜线在拉应力的作用下更易发生断裂。结合历史故障情况，发生故障的CT安装方式均为接线盒朝上安装，接线盒朝下安装的CT未发生故障，与理论分析相符。

2.2 断口金属形貌与能谱分析

截取CT开路部分的断口金属，从宏观形貌.化学成分.断口形貌.

微观组织.硬度等方面进行失效分析，分析结论是∶①从金属断口形貌（图2）可见明显的裂纹扩展路径，终断区可见明显的拉长韧窝，扩展区可见等轴韧窝，证明铜线是在应力的作用下发生断裂：②从微观组织的晶粒变形情况分析，可证明断口不是瞬间的过应力断裂：③从化学成分分析也表明材料杂质含量比较低，不是因材料脆化或成分不合格而发生的断裂。

综合分析得出断口为应力作用下的疲劳断裂，即低周疲劳断裂。

2.3 模拟CT振动试验分析

1.2.1 水平振动

为验证振动工况下CT失效是否能够复现，挑选同型号的CT进行振动试验。经2h的x轴随机振动试验后，未见故障：Y轴随机振动试验进行1h50min后，CT出现开路故障。

1.2.2 竖直振动

CT在水平放置和竖立放置2种安装方式下，内部受力情况存在差异，为了消除安装方式对振动试验的干扰，定制了CT专用夹具（图3），使用专用夹具可使CT竖立放置，且按照现场120。三点式受力方式固定，尽可能模拟现场受力情况。在竖立放置的安装方式下，Z轴试验5min后测得CT内部二次绕组发生开路。在开关站停电检修窗口下，现场采集断路器分合闸动作后的CT实际振动波形，并按照实测波形数据进行振动试验，Z轴试验4min20s后测得CT内部二次绕组发生开路。

2.4 综合分析

当断路器分合闸动作时，CT受到振动作用，由于内部铁芯和外层环氧树脂之间存在较大间隙，且2种材料在承载时变形存在差异，产生相对位移，导致CT内部二次绕组引出线受到应力作用，由于此种类型CT的引出线工艺在设计上存在缺陷，当引出线受到应力作用时，应力易集中，不易释放，最终二次绕组引出线部位在振动作用下发生低周疲劳断裂。

3 解决方案与实施效果

3.1 改进CT安装方式

目前此开关站CT安装固定方式是CT与CIs外壳固定连接，断路器分合闸操作时，CT会随CIs外壳一起振动，从而促成CT二次绕组引出线断线，如果杜绝CT振动则可避免CT因振动原因而导致断线。

如果将CT与CIs外壳脱开，通过单独的钢支架支撑（图4），使CT不与CIs外壳接触。当断路器分合闸操作振动时，CT将不会随之振动，从而消除振动引起CT断线的影响因素。此方案虽可消除CT二次绕组开路的促成因素，但未能对已受损的引出线部位进行修复，因此，该解决方案无法从根本上消除CT开路隐患。

3.2 CT二次绕组引出线在线修复

使用自主设计的专用工具对CT二次绕组引出线部位进行解剖，从环氧树脂中剥离出CT二次绕组引出线，使用多股软铜线代替原受损单股硬铜导线，重新压接牢固后，使用环氧树脂材料浇筑，可实现在CIs不解体情况下彻底消除CT二次绕组引出线断线隐患。具体修复工艺过程如下∶（1）用x射线机拍出清晰的CT二次绕组引出线部分分布图，以判

断CT二次绕组2根引出线是否交叉，在CT本体上做出标记，便于确定修复后CT二次绕组引出线位置，保证CT极性。

（2） 用电吹风（温度设定在300℃）加热CT外层环氧树脂材料，待其软化后，使用凿具将二次绕组引出线从环氧树脂材料中剥离，直至软性橡胶层位置。

（3） 将绕组引出线从靠近铁芯位置剪断，然后使用多股软铜线代替原来单根铜线，用小铜管将多股软铜线和绕组引出线连接，压接后用焊锡点焊，增加压接牢固性和导电接触性。

（4） 用热缩管套在压接铜管位置，加热热缩管固定在此位置，热缩管外再套一层黄腊管，用电缆头填充胶密封压接位置，防止浇注环氧材料进人软性橡胶层，影响绕组绝缘性能。

（5） 对照开始时在CT本体上做的引出线标记和x射线图，将更换后的绕组引出线另一端固定在浇注模具上，绕组引出线走向不要靠近铁芯引出接地线和接地铜排，以保证绝缘，然后使用环氧树脂材料重新浇注，充分冷却凝固后对其进行耐压试验.匝间绝缘试验.误差试验.极性试验。修复后的CT经生产厂家鉴定，满足验收试验标准，验收合格。

该在线修复工艺首次应用于某核电厂运行期间CT开路抢修，成功避免了非计划停机。

4 结束语

CT二次绕组引出线在线修复工艺成功应用于某核电厂运行期间CT断线抢修以及1号与2号机组主变压器出口间隔.2条线路间隔共计118个CT二次绕组引出线断线隐患处理，修复后CT各项参数均符合验收要求，并1次送电成功，CIs设备安全稳定运行。

CT二次绕组引出线在线修复工艺缩短了关键检修工期，减少了人力成本，提高了设备检修效率及安全性.稳定性。该CT二次绕组引出线在线修复工艺在现场多次成功应用，彻底解决了CT二次绕组开路故障带来的隐患，现已成熟并具有很强的推广价值，可对使用同类型CT的单位提供技术服务。

参考文献

[1] 左亚芳.CIs设备运行维护及故障处理[M].北京∶中国电力出版社，2013∶8.