淺述電流互感器的配置及接線失誤問題

李向東

摘要: 在運行工作中,嚴防電流互感器的配置不當或接線失誤,可避免事故的發生。加強電流互感器的驗收,必然可以起到減少故障發生的作用。

關鍵詞: 變電運行；電流互感器；母線差動；變壓器保護

1．電流互感器工作原理

1．1內部結構

用于電力系統中的電流互感器,其一次繞組通常是一次設備的進出導線,只有1匝或2匝,二次額定電流通常是1A或5A,故其二次匝數很多。例如,變比為1250/5的電流互感器,其一次繞組為1匝時,二次繞組為250匝。

1．2誤差分析

在具有鐵芯的電流互感器中,鐵芯中存在勵磁電流,勵磁阻抗一般為電抗性質,而二次負載一般為阻抗性質,因此在二次電動勢的作用下,I2與I1相位不同,幅值也不同。下面為電流互感器的等值回路及角誤差示意圖。

（a）等值電路 （b）相量圖

圖1電流互感器的等值電路和相量圖

忽略本身材料的影響,由上圖可知:

1)當勵磁阻抗Zm不變時,二次阻抗越大,I0越大,電流互感器的比誤差越大。當阻抗不變時,Zm越小,電流互感器的比誤差越大。

2)當電流互感器二次負載為純電阻(Zn=0)時,角誤差最大。當Z2為0時,即負載為純電感時,角誤差等于0。

對電流互感器的誤差要求,一般為幅值誤差小于10%,角度誤差小于7°。

2．電流互感器飽和對保護的影響

2．1對電流保護的影響

2．1．1電流保護的判據為:IJ>Ip

式中:IJ-為流入繼電器的短路二次值

Ip-為電流繼電器的定值

根據上式可知,電流互感器飽和后,二次側等效動作電流IJ變小,可能會引起保護拒動,這一點在速斷保護中尤其顯著。

10kV線路出口處短路電流一般很小,特別是遠離電源,系統阻抗較大時,但隨著系統規模擴大,10kV系統短路電流隨著變大,可以達到電流互感器一次額定電流的幾百倍,系統中原有的一些能正常運行的變比小的電流互感器就可能飽和。另一方面,短路故障是一個暫態過程,短路電流中含大量非同期分量,又進一步加速電流互感器飽和。當10kV線路短路時,由于電流互感器飽和,感應到二次側的電流會很小或接近于零,保護裝置拒動。故障由于母聯開關或主變低壓側開關切除,不但延長了故障時間,會使故障范圍擴大,影響供電可靠性,而且嚴重威脅運行設備安全。

2．1．2對策

根據前面分析,導致電流互感器飽和的兩種情況,可知電流互感器嚴重飽和時,一次電流全部轉化為勵磁電流。二次感應電流為零,則流過電流繼電器的電流也為零,保護裝置就會拒動。

避免這種情況主要從兩點入手:

1)在選擇電流互感器是,變比不能選得太小,要考慮線路短路時電流互感器飽和問題。一般10kV線路保護電流互感器變比最好大于300/5。

2)盡量減小電流互感器二次負載阻抗,盡量避免保護和計量共用電流互感器,縮短二次電纜長度及加大二次電纜截面積。10kV線路保護,測控合一的產品,可在開關室就地安裝,這樣能有效減小二次回路阻抗,防止電流互感器飽和。

2．2對母線差動保護的影響

2．2．1影響

電力系統中的母線廣泛采用電流差動式保護,對電流互感器二次側電流瞬時值差動的原理,可方便地實現母線快速保護,然而在母線區外短路故障時,一般會出現電流互感器飽和現象,電流互感器飽和后不能正確傳變一次側電流,使二次側電流差動原理的基礎得到破壞,從而導致保護的誤動作。

2．2．2對策

根據電流互感器飽和的特征,可知出現故障時,由于鐵芯中的磁通不能發生突變,電流互感器不能立即進入飽和區,而是存在一個3-5ms的線性傳遞區。當母線上發生故障時,母線電壓和出線電流將發生很大的變化,與此同時,在差動元件中出現差流,即工頻電壓或工頻電流的變化與差動元件中的差流是同時出現的。當母差保護區外發生故障某組電流互感器飽和時,母線電壓即各出線電流立即出現變化,但由于故障后,3-5ms電流互感器磁路才會飽和,因此,差動元件中的差流比故障電壓和故障電流晚出現3-5ms。

2．3對變壓器保護的影響

2．3．1現狀

所用變壓器是一種比較特殊的設備,容量較小,但可靠性要求非常高,而且安裝位置特殊,一般接在10kV或35kV母線上,其高壓側短路電流等于系統短路電流,低壓側出口短路電流也較大。一直對所用變壓器保護的可靠性重視不夠,這將對所用變壓器直至整個10kV系統的安全運行造成很大威脅。傳統的所用變壓器使用熔斷器保護,其安全可靠性較高,但隨著系統短路容量的增大,以及綜合自動化的要求提高,這種方式滿足不了要求。現在新建或改造變電所,特別是綜合自動化所,大多配置所用變壓器開關柜,保護配置也和10kV線路相似,而往往忽視了保護用電流互感器飽和問題。由于所用變壓器容量小,一次額定電流較小,保護計量共用電流互感器,為了保證計量的準確性,設計時電流互感器變比很小,有的地方甚至選擇10/5。這樣一來,當所用變壓器故障時,電流互感器將嚴重飽和,感應到的二次電流幾乎為零,使所用變壓器保護拒動。如果是高壓側故障,短路電流足以使主變后備保護動作切除;如果是低壓側故障,短路電流可能達不到主變后備保護的啟動值,使得故障無法及時切除,最終燒毀所用變壓器,嚴重影響系統安全運行。

2．3．2對策

解決所用變壓器保護拒動問題,應從合理配置保護入手,其電流互感器的選擇要考慮所用變壓器故障時的飽和問題;同時,計量用電流互感器一定要與保護用電流互感器分開,保護用電流互感器裝設在高壓側,以保證對所用變壓器的保護,計量用電流互感器裝設在所用變壓器低壓側,以保證計量的精度;在定值整定方面,電流速斷保護可按所用變壓器低壓出口短路電流進行整定,過負荷按所用變壓器容量整定。

3．電流互感器繞組的布置

電流互感器繞組的布置要把握兩個原則,一是要防止出現保護死區,二是要躲過互感器易發生故障的部分,為防止死區,一般要求各種保護的保護范圍之家要有交叉,同時有求電流互感器一次側極性端必須安裝在母線側。這是因為互感器二次繞組的排列是以互感器一次極性端為參考的。如果一次極性端放置錯誤,那么盡管在二次繞組的分配上考慮到交叉問題,仍然會出現保護范圍的死區。另外,由于互感器底部最容易發生故障,而母線保護動作停電范圍太大,因此一般有注意母線保護要盡量躲開互感器底部。

圖 2220kV線路開關CT繞組分配圖

可以看出,母線差動保護與兩套線路保護均有重疊區域,任一套線路保護退出運行均不會產生死區。

4．電流互感器的接地點

4．1一次接地點

運行中電流互感器的一次接地點有外殼接地和電流互感器末屏接地,下面分別說明其接地的作用。

外殼接地:防止外殼處于電場中,感應一定電壓,破壞外部絕緣,威脅人身安全,所以必須將外殼接地,《十八項反措》規定其接地應有兩根與主接地網不同干線的連接,且需滿足熱穩定校核的要求。

末屏接地:電流互感器的主絕緣是十多層油紙電容,相當于十多層電容串聯而成,最外一層電容為末屏層。末屏接地時,一次對地電壓均勻分布在各層之間;若末屏不接地,使末屏對地變成絕緣,由于交流電路的集膚效應,高電場主要移向靠近表面的絕緣層上,在最外層產生高電壓,最高可達幾萬伏。由于小套管上絕緣距離短,在幾萬伏電壓長時間作用,使絕緣擊穿,使電流互感器爆裂。

4．2二次接地

電流互感器的二次回路必須且只能有一點接地,一般在端子箱經端子排接地。但對于有幾組電流互感器連接在一起的保護裝置,如母差保護、主變差動保護等,則應在保護屏上經端子排接地。

電流互感器二次回路必須有一點接地是為了人身和二次設備的安全。若二次回路沒有接地點,接在電流互感器一次側的高電壓,將通過互感器的一、二次繞組間的分布電容和二次回路的對地電容形成電壓,將高電壓引入二次回路。如果二次回路有接地點,則二次回路電容被短接,分到二次回路的高壓側電壓為零,從而達到保護安全的目的。