選擇CT 開路保護裝置應注意的幾個關鍵問題

靳建峰，翁利民，王 毅，孫寶華，安建生，蘭增林

（1.鄭州電力高等專科學校，河南 鄭州450004 ；2.中冶南方工程技術有限公司，湖北 武漢430223 ；3.新鄉供電公司，河南 新鄉453002）

0 引 言

CT（電流互感器）二次開路保護對于電力系統而言，是一種新型的保護。近年來，人們設計研制出多種形式CT 二次開路保護裝置，并在實際工作中得到應用［1］。裝設該裝置的初衷是：及時消除對電力系統的安全、可靠運行帶來經濟損失和安全隱患，提高運行、檢修人員排除開路故障的工作效率。然而，當前尚無統一的國際、國家標準，使得設計人員選擇該裝置時存在很大的隨意性，致使一些產品運行效果不盡人意，如：動作不可靠（存在誤動或拒動情況）、靈敏度低、影響測量、計量儀表的精度以及影響繼電保護裝置的正常工作等問題。故本文主要從動作的可靠性來規范選擇CT 二次開路保護裝置，以供同行參考。

1 CT 二次開路所產生過電壓的特殊性［2］

CT 二次繞組開路時，其次級繞組兩端的電壓具有以下特點：

（1）波形為尖峰狀；

（2）開路所產生的過電壓在每個半周波持續的時間短；

（3）峰值電壓高。測量CT 二次繞組開路電壓波形如圖1 所示。圖1 中采用變比50／5 ，采樣分壓電阻R1、R2分別為40 MΩ和10 MΩ，所用示波器輸入電阻為50 MΩ，示波器探頭衰減10 倍。

在CT 原邊輸入電流2 A，副邊接近開路的情況下，實測電壓波形如圖1 所示。峰值電壓的大小為：UM＝200mV／div×3div×10×（40×106／104）＝24 000 V

（4）內阻大。通過試驗發現，開路電壓的波形及其尖峰值大小與取樣電阻阻值的變化，有著非常敏感的特點，即在一次繞組通過的電流大于CT 標稱勵磁電流且取樣電阻大到一定程度（出現尖峰狀）后，取樣電阻越大，波形越尖，峰值越高。反之，波形尖的程度越不突出，峰值下降越多。

圖1 CT 副邊開路副邊電壓波形

2 選擇二次開路保護裝置應注意事項

2.1 CT 二次開路保護裝置具有很高的輸入阻抗

要求開路保護裝置具有較大的輸入電阻，盡可能體現CT 開路在次級繞組兩端開路電壓的特性，否則極易改變原有的開路電路模型，且大幅度衰減其幅值，以至于降低保護裝置的靈敏度。同時對CT 的電流型負載也有較大的分流作用，將導致計量、測量裝置誤差增大等問題。所以開路保護裝置輸入電阻是靈敏性能的一個重要指標。

2.2 CT 二次開路保護裝置動作值要高

CT 開路與否，其二次繞組兩端電壓有質的區別。當CT 二次繞組開路正常時，正常運行電壓僅幾伏特，即使發生嚴重地一次系統短路，也不過近百伏特；而當CT 二次繞組開路時，由于正常的工作電流全部變為勵磁電流，將在CT 二次側感應出峰值為幾千伏甚至十幾萬伏的過電壓。因此，對于具有較高的輸入阻抗的CT 二次開路保護裝置而言，動作值（數百伏特）要高，既不會對其靈敏度產生多大的副作用，又提高了工作的可靠性。

2.3 CT 二次開路保護裝置動作值應取峰值

由于CT 二次開路所產生過電壓的波形為尖峰狀，因此CT 二次開路保護裝置動作值應取峰值，而非正弦工頻電壓的有效值。

3 CT 二次開路保護裝置的動作電壓計算方法

裝設該裝置的原則是可靠動作。即電力系統正常運行及一次系統發生短路時不誤動［3］，CT 二次開路時不拒動。

由于目前的CT 二次開路保護裝置［4 ～8］均并接于CT 二次繞組兩端，且其動作值均與開路電壓峰值有直接關系，為了保證動作的的可靠性，要求其動作值應大于電力系統一次系統短路在其二次回路產生的電壓最大峰值。即不影響設備主保護的正常動作。以下僅對防止CT 二次開路保護裝置誤動的選擇原則逐一論述。

3.1 輸、配電線路

在輸、配電線路的電流互感器（CT）的二次繞組，安裝CT 開路保護裝置時，其動作電壓選擇如下：

（1）測量、計量、相間短路保護對應CT 開路保護裝置動作電壓計算方法［9］：

式中，Udz為 CT 二次開路保護裝置動作值；Kk.CT為CT二次開路保護裝置可靠系數；為輸電線路Ⅰ段（主保護）一次動作電流；ZJ為CT 二次回路綜合阻抗；nCT為CT 電流變比；為輸電線路Ⅰ段（主保護）裝置的動作可靠系數；ID.B.max為最大運行方式下，被保護線路末端發生金屬性三相短路時，流過保護的最大短路電流。

（2）中性點直接接地系統的零序電流保護，安裝CT 開路保護裝置時，其動作電壓計算方法［11］：

以下三種情況取其最大值：

a.躲過被保護線路末端單相或兩相接地短路時，流過保護的最大零序電流3I0.max在其二次回路產生的電壓峰值。

式中，Udz.0為零序 CT 二次開路保護裝置動作值；Kk.CT為CT 二次開路保護裝置可靠系數；為輸電線路零序Ⅰ段（主保護）一次動作電流；ZJ為零序CT 二次回路綜合阻抗；n0.CT為零序 CT 電流變比；Kk為輸電線路零序Ⅰ段裝置的動作可靠系數；I0.max為被保護線路末端單相或兩相接地短路時，流過保護的最大零序電流。

b.躲過斷路器三相觸頭不同時合閘時，流過保護的最大零序電流3I0.bt在其二次回路產生的電壓峰值。式中 ，II0.DZ為零 序Ⅰ 段 保 護 一 次 動 作 電 流 ；I0.bt為 斷 路器三相觸頭不同時合閘時，流過保護的最大零序電流；Udz.0為被保護線路末端單相或兩相接地短路時，流過保護的最大零序電流3I0.max在其二次回路產生的電壓峰值。

c.當被保護線路采用單相自動重合閘時，還應躲過單相重合閘過程中出現非全相振蕩時的零序電流在其二次回路產生的電壓峰值。

式中，I0.zhd為非全相振蕩時的零序電流。

3.2 變壓器

在變壓器的電流互感器（CT）的二次繞組，安裝CT 開路保護裝置時，其零序回路動作電壓計算方法可參照輸、配電線路執行，而差動回路動作電壓計算方法［9］如下：

以下取最大值：

（1）應大于變壓器勵磁涌流在其二次回路產生的電壓最大峰值。

在變壓器空載投入或外部故障切除后，電壓恢復時的勵磁電流很大，其值可達額定電流的5 ～10倍［10］。

在外部故障切除過程中，由于TA 局部暫態飽和引起的相位移，故障中的短路電流非周期分量造成了TA中的磁鏈的累積，引起切除后轉變工頻負荷電流的相位移和幅值差，造成CT 兩端過電壓的產生［11］。

式中，Ilcy為變壓器勵磁涌流。

（2）躲過變壓器各側外部短路時的最大短路電流在CT 二次回路產生的電壓峰值。

3.3 正確顯示CT 二次側工作狀態

CT 開路時能就地正確顯示“開路”的組別及繞組的編號，以便及時了解CT 的運行狀態，為快速消除開路情況提供有利的條件。

4 結束語

筆者根據用戶的要求，對所安裝CTJW—ⅡCT開路保護裝置進行了二次動作電壓計算、整定，正常運行多年無一誤動或拒動。

CT 開路保護裝置的正確選擇涉及到電力系統的安全運行及經營效益。合格的CT 開路保護裝置，可及時消除對電力系統的安全隱患，提高了運行、檢修人員排除開路故障的工作效率。

［1］雷雨生，姚躍明.CTB 型電流互感器二次開路保護器在貴溪電廠的應用 ［J ］.江西電力，1991 ，15（5）：4－5.

［2］靳建峰，翁利民，馮玉東，等，評價三種CT 二次開路保護裝置 ［J ］.繼電器（RELAY），2008 ，36（6）：73－78.

［3］靳建峰，翁利民，扈艷玲，等，一種新型的電流互感器開路保護裝置［J ］.電力電容器（Power Capacitor ），2005 ，（1 ）：6－10.

［4］鄭 輝.一種新穎的電流互感器開路運行預防保護裝置［J ］.三明師專學報，2000 ，（1）：17－20.

［5］向 華.電流互感器開路保護裝置［P］.中國專利：89216913.3.1991－04－03.

［6］聶光啟，龔 慶，李 偉，等.交流電流互感器開路保護器［P］.中國專利：87 2 03813.1988－05－04.

［7］柯迪民，吳家獻，李汝軍等.電流互感器二次測開路保護器［P］.中國專利：0229882.1.2004－02－04.

［8］靳建峰.高靈敏度CT 開路保護裝置［P］.中國專利：ZL200420010869.6.2005－08－03.

［9］王維儉主編.電力系統繼電保護基本原理［M］.北京：清華 大 學 出 版 社 ，1991.

［10］賀家李編.電力系統繼電保護 ［M］.北京：水利電力出版社，1994.

［11］鄭文杰，譚卓強，陳 斌，等.恢復性涌流對變壓器差動保護的影響 ［J ］.電網與清清能源，2009 ，25（10）：25－28.