電流互感器二次開路保護裝置的應用分析和改進

徐惜瓊等

摘 要：本文針對不停電檢修時，在電流互感器二次回路上進行操作可能導致電流互感器二次側開路的狀況，提出現有電流互感器二次過電壓保護器設計、運行的缺點，并介紹了一種基于電流測量電流互感器二次開路預判裝置。該系統代替四聯短接線并接入需要短接的端子上，利用可調節電阻對電流互感器二次側電流進行分流，通過觀察電流變化判斷二次回路是否開路。該裝置避免二次側開路的發生，提高了在電流互感器二次側工作的安全性，具有廣泛的應用價值。

關鍵詞：不停電檢修；電流互感器；二次側開路；預判

Abstract：In the view of uninterrupted maintenance， the operation in the secondary side of current transformer may lead to current transformer secondary side open， the shortcomings in the design、operation of traditional overvoltage relaying protection are point out， and introduces a pre-open device based on current measurement. This device can access to the terminals which needs short connect instead of four short connection， which shunt the current of the current transformer secondary side with adjustable resistance， and judge whether the secondary side is open by observing the change of current. This system can avoid open of secondary side， and improving safety of work in the secondary side， which has widely application value.

Key words：uninterrupted maintenance；current transformer；secondary side open；pre-open

在電力系統運行中，電流互感器起到了對一次系統進行隔離，使二次的繼電保護、自動裝置和測量儀表能夠安全準確地獲取電氣一次回路電流信息的作用[1]。不停電檢修時，在電流互感器二次回路上進行操作的項目有保護裝置，故障錄波器，PMU以及電度表等裝置的改造和消缺，由于工作不到位及其他原因可能會導致檢修部分恢復運行時，電流互感器二次側開路的發生。當電流互感器二次回路斷開，其一次電流全部成為勵磁電流。二次側開路將造成鐵心過度飽和磁化，并在二次繞組端子間產生高電壓，危害很大。根據中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會發布的《電力安全工作規程》10.13條規定：在帶電的電流互感器二次回路上工作時，禁止將電流互感器二次側開路。因此國內外眾多廠商研制出多種專用的電流互感器保護裝置，減少事故發生造成的危害。

1 現有電流互感器二次開路保護裝置的應用分析

現有電流互感器二次開路保護裝置大多都采用過電壓保護[2-5]，其保護原理是電流互感器正常工作時阻抗很小，接近于短路，因而不影響測量、繼電保護裝置的工作。在電流互感器開路時在二次繞組中產生的電壓遠遠高于正常運行電壓，此時并接的壓敏電阻瞬間進入導通狀態。由于壓敏電阻的固有特性，過電壓被有效地限制在選定值以下，進入穩定的短路狀態，從而徹底避免了過電壓危害。保護裝置內部繼電器接點在過壓產生后可靠動作并將相應二次繞組短接，從而消除過電壓。

過電壓保護裝置的不足主要表現在以下幾個方面：

（1）無功補償裝置在切換電容器組時產生的異常電壓、系統落雷產生的過電壓以及變壓器勵磁涌流引起的過電壓都有可能導致保護裝置發生誤動。[6]

（2）裝置動作的時間和靈敏度使得電流互感器二次開路產生的高壓損壞電流互感器及回路上串聯的其他設備。

（3）裝置在事故發生之后動作，只能減少事故發生范圍和降低程度，不能避免事故的發生。

2 基于電流測量電流互感器二次開路預判裝置

基于電流測量電流互感器二次開路預判裝置通過對電流互感器二次側電流的測量和分析，判斷二次側是否開路，起到預判的作用，避免二次側開路的發生。如圖1所示，電流互感器二次短接時短接線安裝位置通常可分為兩種：⑴裝置A改造或消缺時，在斷路器端子箱進行短接和恢復操作。⑵裝置B改造或消缺時，在裝置A進行短接和恢復操作。短接操作只需通過終端屏上的采樣即可判斷是否短接良好，而恢復操作由于目前沒有可靠的判斷方法，容易導致二次側開路的發生，現以第二種情況作詳細分析，利用基于電流測量預判裝置代替四聯短接線將B屏內側各相回路，恢復操作時通過電阻的調節觀察各相回路電流變化，判斷出柜后的裝置是否開路，只要有一相電流值異常，就能準確判斷出二次側開路，待查明開路原因且電流值恢復正常時再拆除預判裝置。

2.1 總體設計方案

將待測的三相電流Iθ通過可調電阻進行分流以后得到電流I'θ，并用高精度的羅氏線圈對電流進行檢測，得到與輸入電流成正比的輸出電壓。采集電壓后進行模數轉換，并用單片機對輸出電壓進行轉換處理，得到電流值，并用液晶顯示數值。

2.2 電流檢測單元設計

如圖3所示，該裝置的分流電阻R1采用可調電阻，通過改變可調電阻阻值實現不同功能。當R1調至0歐姆時，相當于A、N之間短路；當阻值調至R1'時，R1'約等于端子箱到裝置B的電纜電阻與裝置A的內阻之和；當阻值調至R1''時，R1''的阻值約等于裝置A到裝置B的電纜電阻與裝置B的內阻之和。通過改變分流電阻值觀察三相上通過的電流變化來判斷回路是否開路。另外電阻R的作用是使N相之間產生不平衡電流。

對于電阻R1'，R1''和R阻值的選定；通過對變電站電流互感器二次側負載的統計分析后發現，R1'的阻值大約為0.5歐姆，R1''的阻值約為0.2歐姆，而N相不平衡電阻R的阻值是通過multisim搭建仿真電路圖仿真后確定為0。

3 測試結果與誤差分析

3.1 測試結果

將裝置并接入二次側輸出電流為1A，負載分別為0.5歐姆和0.2歐姆的電流，調節可調電阻值，并測試裝置在可調電阻值分別為0.5歐姆和0.2歐姆時檢測到的電流誤差。

3.2 誤差分析

因為實際結構與設計精度要求等原因，可調電阻本身存在一定的誤差，不容易100%達到要求，只能是基本上做到在允許范圍內調節，因此使得分流電阻阻值不可能與負載完全相等，使得分流電流存在誤差。

4 裝置操作流程說明

短接操作時將裝置接入需要短接的端子上使各相之間短接。恢復操作時先觀察此刻的電流值，記為I。連接各相連接片，根據改造的實際情況將分流電阻值調至相應的阻值附近并觀察電流變化，假設各相電流均發生變化，表明出柜側無開路發生且連接片可靠連接，可將預判裝置拆除。若任何一項電流未發生變化，表明該相連接片連接不可靠或出柜側發生開路，應逐項檢查之后重新調節分流電阻，待各相電流均發生變化之后才可將裝置拆除，具體操作流程如下圖所示：

4 總結

本文介紹的電流互感器二次開路預判裝置利用可調電阻的調節對電流互感器二次側電流進行分流，通過觀察電流的變化判斷二次回路是否開路，能有效避免開路的發生。該裝置能全面防止不停電檢修時電流互感器二次側開路，使檢修操作更加安全可靠。

[參考文獻]

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[3]柯迪民，吳家獻，李汝軍，等.電流互感器二次側開路保護器[J].中國：0229882.1，2004-02-04

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[5]韋家旗，唐菁.電磁式電流互感器運行狀態評價應用研究[J].電測與儀表，2010，47（1）；51-54.

[6]周啟明，陳鐵，汪強，徐小川.基于STM32智能CT二次開路保護裝置的設計[J].電測與儀表，2012，49（56）：75-78，88.