CT等電位連接點選擇對保護動作的影響

摘要：近年來，南方電網范圍內發生多起因CT內部故障引起的跳閘事故，通過對這些事故的調查研究發現，CT發生故障時，保護范圍與CT 一次繞組的等電位連接點設置及一次繞組的串、并聯結構相關，如等電位連接點選擇不當，對于一些類型的內部故障會擴大事故跳閘范圍。本文通過研究CT故障時，等電位連接點位置對保護動作的影響，提出了CT等電位連接點選擇的幾項基本原則。

關鍵詞：CT；等電位連接點；保護動作

中圖分類號：TU856 文獻標識碼：A

上海MWB互感器有限公司生產的SAS550 型電流互感器存在家族性缺陷，在南方電網已發生多起由于該型CT 內部故障引起的跳閘事故。CT發生故障時，保護范圍與CT 一次繞組的等電位連接點設置及一次繞組的串、并聯結構相關，如等電位連接點選擇不當，對于一些類型的內部故障會擴大事故跳閘范圍。可見，CT等電位連接點選擇對保護動作影響的研究對電力系統的安全穩定運行是極其重要的。

一、CT各類型故障跳閘情況分析

1、CT故障的類型

獨立 CT的內部構造如圖1所示。CT故障分為內部故障及外部閃絡兩種類型。其中內部故障類型主要有主絕緣擊穿、內部放電、主絕緣介質（絕緣油或氣體）異常等。內部放電及主絕緣介質異常若得不到及時處理，最終會發展為主絕緣擊穿。

2、不同類型的CT故障跳閘情況分析

CT發生外部閃絡故障時，表現為一次非絕緣端（即等電位連接點，如圖1）接地故障，這種情況下CT 二次繞組所有線圈感受到的故障電流的大小和方向相同，如等電位連接點選擇正確，則只造成單一設備跳閘，其故障點可通過外觀檢查發現。

CT 主絕緣擊穿時，在系統上表現為一次接地故障，此時若二次繞組未受到損傷，則與外部閃絡相似，等電位連接點選擇正確時也只是導致單一設備跳閘，但難以通過外觀檢查發現故障點。若二次繞組受到了損傷，則各二次繞組流過的故障電流方向均有所不同，將導致多個保護元件同時判為區內故障而同時動作出口。此時也難以通過外觀檢查發現故障點。CT 內部主絕緣擊穿不能通過外觀檢查發現故障點時，應根據保護動作情況、故障測距及故障錄波并結合CT 配置情況來判斷故障點，隔離故障設備。

二、CT一次繞組連接方式

500kV電流互感器通常通過改變一次繞組連接方式實現變比調整，即通過一次串、并聯調整能實現不同變比。為了避免一次繞組與頭部金屬外殼間因存在電位差而產生懸浮電位放電現象，需要將一次繞組一端與頭部金屬外殼相連接，該連接點即為等電位連接點。根據一次繞組串并聯方式、等電位連接點不同，其連接方式有以下幾種：

1、連接方式一：CT一次繞組并聯連接，等電位連接點在側

連接方式如圖2所示，若此時CT二次繞組匝數為K，流過CT一次側的總電流為，則流過每根一次繞組電流為0.5，流過二次側的電流為，則根據磁勢平衡，有：

0.5+0.5=K

由此可計算出CT變比為：/=K 。

圖2 CT一次繞組并聯連接，等電位連接點在側接線圖

2、連接方式二：CT一次繞組并聯連接，等電位連接點在側

連接方式如圖3所示，同理，此時CT變比也為 K 。

圖3 CT一次繞組并聯連接，等電位連接點在側接線圖

3、連接方式三：CT一次繞組串聯連接

連接方式如圖4所示，一次繞組串聯連接時，可利用金屬外殼作為兩根一次繞組的連接導體，此時在CT兩側、點均有一個等電位連接點。若此時CT二次繞組匝數為K，流過CT一次側的電流為，流過二次側的電流為，則根據磁勢平衡，有：+=K。

由此可計算出CT變比為：/=0.5K。

圖4 CT一次繞組串聯連接接線圖

三、CT故障時，等電位連接點位置對保護動作的影響

1、一次繞組并聯接線方式CT內部故障保護動作分析

（1）邊開關CT故障，不同的等電位連接點選擇保護動作行為分析

①假定圖5中，線路1邊開關CT等電位連接點在線路側（圖5中點），則邊開關CT外絕緣閃絡或主絕緣故障時，若CT二次繞組未受到損傷，接地故障電流如圖6所示。

圖5 邊開關CT等電位連接點在線路側 圖6 邊開關CT內部電流圖

從圖6可知，邊開關等電位連接點在線路側時，邊開關CT電流由母線流向線路1，中開關電流對線路1而言也是流向線路，屬于區內故障，故線路縱聯保護及帶正方向的保護均能正確動作。而對母差保護而言，邊開關等電位連接點選在線路側時，若線路1邊開關CT發生接地故障，CT電流為流出母線，其余線路故障電流為流入母線1，不考慮不平衡電流時電流和為0，母差保護可靠不動作。可見當邊開關等電位連接點在線路側時，CT發生接地故障而二次繞組未受到損傷時保護能夠正確動作。

（2）假定圖5中，線路1邊開關CT等電位連接點在開關側（圖5中點），則邊開關CT外絕緣閃絡或主絕緣故障時，若CT二次繞組未受到損傷，接地故障電流如圖7所示。

圖7 等電位連接點選在開關側邊開關CT內部電流圖

由圖7可知，邊開關CT電流由線路1流向母線，對線路1保護而言為反方向故障，故線路縱聯保護及帶正方向的保護均不動作；對母線1而言，所有CT電流均流入母線，有差流，故母差保護動作。母差保護動作跳開邊開關后，因故障點在邊開關CT處，并未切除，需要依靠邊開關失靈保護動作切除故障，從而擴大了事故范圍，延長了故障切除時間。由此得出結論：對于圖5完整串邊開關的CT，其等電位連接點必須選在靠線路側，不能選在靠開關側。

（3）假定圖5中，線路1邊開關CT等電位連接點在線路側（圖5中點），且邊開關CT外絕緣閃絡或主絕緣故障時，若CT二次繞組受到了損傷，接地故障電流如圖8所示。等電位連接點選在CT開關側時電流流向與此類似。

圖8 CT內部故障二次繞組受到損傷的故障電流示意圖

由于母差保護與線路1保護采取交叉接線，即線路保護引接邊開關CT靠開關側二次繞組，母差保護引接邊開關CT靠線路側的二次繞組，而從圖8中CT內部故障電流流向示意圖可知，故障點落在母差保護與線路保護交叉保護區，線路保護及母線保護均會動作跳閘。

對圖5中線路1的邊開關CT，等電位連接點選在靠開關側的點時，電流流向與圖8一致，故保護動作情況完全相同，即此時線路保護及母線保護均會動作。由此可得出結論：如果CT內部主絕緣故障時，CT中部二次繞組絕緣受到了損傷，則無論等電位連接點如何選擇，均會跳多個元件。

（2）中開關CT故障，不同的等電位連接點選擇保護動作行為分析

②假定完整串中開關CT等電位連接點在線路側，如圖9所示。

圖9 中開關CT等電位連接點在線路側

此時，若中開關CT外絕緣閃絡或內部主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷，參考圖6可知，中開關CT電流從指向，流向指向線路1，邊開關1的CT電流也指向線路1，線路電流均為正方向，故線路1保護認為是正方向故障，保護動作將故障點切除。對線路2而言，中開關CT的電流流出線路2，為反方向故障，故線路2縱聯保護及帶正方向的保護均不動作。可見完整串中開關CT等電位連接點選在CT靠線路側時，該CT故障保護能正確動作。

②在圖9中，若中開關CT等電位連接點選在側（靠開關側）。此時，若該CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷，參考圖7可知，CT內部電流為從流向，對線路1而言為區外故障，對線路2而言為區內故障。故線路2保護動作跳閘，但由于故障點在中開關CT處，線路2跳閘后故障并未切除，需要依靠開關保護中的失靈保護動作切除故障，從而擴大了事故范圍，延長了故障切除時間。

與第（1）的（3）條情況類似，如故障時CT內中部二次繞絕緣受到了損傷，則無論等電位連接點選擇在哪一側，線路1及線路2均會跳閘。

由此得出結論：在完整串中，中開關CT等電位連接點必須在CT靠線路側（或主變側），不能選在CT靠開關側。

（3）不完整串開關CT故障，各等電位連接點選擇保護動作行為分析

不完整串CT可能裝在開關靠線路側，也可能裝在開關靠母線側。當CT裝在開關靠線路側時，該CT故障時保護動作情況分析與3.1.1完全相同，結論也是要求CT等電位連接點在CT靠線路側。CT安裝在開關靠母線側時則分兩種情況進行討論：

（1）不完整串CT等電位連接點選擇在CT靠母線側（圖10中點）

圖10 不完整串CT裝在開關靠母線側的接線圖

不完整串CT等電位連接點選在CT靠母線側（圖10中點）時，若該CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷，參考圖6可知，CT內部一次繞組電流由注向，對母線1母差保護而言為區內故障，母線1保護動作，故障切除；對線路1而言，開關1的CT內部電流為由線路流向母線，為反方向，屬區外故障，線路1保護不會誤動作。可見，等電位連接點在CT靠母線側時能有選擇性地快速切除故障。

（2）不完整串CT等電位連接點選擇在CT靠開關側（圖10中點）

若該CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷，參考圖7可知CT內部故障電流由流向。對線路1而言為區內故障，線路1保護動作。但因故障點在開關1 CT內部，線路1跳閘后故障點仍可由母線1提供故障電流，故障點并未切除，需要依靠開關保護中的失靈保護動作切除從而擴大了事故范圍，延長了故障切除時間。

與3.1.1的（3）條情況類似，如故障時CT內中部二次繞絕緣受到了損傷，則無論等電位連接點選擇在哪一側，母線1及線路1均會跳閘。

由此得出結論：不完整串中，當CT裝在開關靠母線側時，其等電位連接點必須選擇在CT靠母線側，不能選擇在CT靠開關側。

（4）中開關為雙CT配置的情況（如圖11）

在此接線中，兩條線路保護采用交叉接線，即線路1保護電流為邊開關1的CT與中開關CT2的和流；線路2保護電流為邊開關3的CT與中開關CT1的和流。邊開關等電位連接點根據3.1.1的分析必須選擇在CT靠線路側。中開關等電位點不同保護動作情況分析如下（以中開關CT2為例，中開關CT1故障情況與CT2類似）：

圖11 中開關為雙CT配置接線圖

（1）等電位連接點選擇在CT靠線路側（圖11中開關CT2 的側）時的情況：

此時若中開關CT2外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷， 中開關CT2內部電流指向。與前面分析類似，此時對線路1而言為區外故障，線路1保護不動作；對線路2而言，其線路電流使用邊開關3的CT與中開關CT1和流，為區內故障，線路2保護動作。線路2保護動作后故障點即切除，不存在保護死區，且保護具有選擇性。

（2）等電位連接點選擇在CT靠開關側（圖11中開關CT2 的側）時的情況：

此時若中開關CT2外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷，中開關CT2內部電流由指向。類似地，此時對線路1而言為正方向故障，線路1縱聯保護及帶正方向的保護均能動作；而對線路2而言，也為正方向故障，線路2縱聯保護及帶正方向的保護均能正確動作。可見線路1及線路2保護均動作跳閘，不存在保護死區，但與（1）相比多切除了線路2。

結論：完整串中開關雙CT配置時，等電位連接點宜選擇在CT靠線路側，不宜選擇在CT靠開關側。

（3）中開關雙CT配置時，與3.1.1的第（3）條情況類似，若CT故障時CT內中部二次繞絕緣受到了損傷，則無論等電位連接點選擇在哪一側，母線1及線路1均會跳閘。如在圖11中，若中開關CT2外絕緣閃絡或主絕緣故障時CT二次繞組絕緣也受到了損傷，無論等電位連接點選擇在哪一側，線路2及母線2均跳閘。

3.2 一次繞組串聯接線方式CT內部故障保護動作分析

CT一次繞組串聯連接時，若CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷，其內部故障電流情況如下圖所示。

圖12 CT一次繞組串聯連接外殼接地故障內部電流示意圖

3.2.1 邊開關一次繞組串聯連接，CT故障保護動作分析

邊開關CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷 ，串內電流示意圖如圖13所示。圖中，為從邊開關側流入的一次電流，為從邊開關側流入的一次電流，為線路1流入的一次電流，為中開關CT流過的一次電流。

圖13 邊開關CT故障串內電流示意圖

（1）線路1保護動作情況分析：

CT電流中，以指向線路為正，流出為負，若CT二次繞組匝數為K，則線路1二次合電流為

2/K+（-）/K

由于 =+，代入上式，得線路1二次合電流為（+-）/K。可見，此時CT變比不再是正常的0.5K，而是變成了K。

由于及為大系統經系統阻抗提供的短路電流，為系統經線路阻抗提供的電流，故（+-）/K應為正值，即線路1合流為正方向的，故線路1縱聯保護及帶正方向的保護均能動作，跳閘后故障點得以切除。

（2）母線1保護動作情況分析：

邊開關1的CT流入母線的二次故障電流為（-）/K ，其余線路流入母線1的電流理論上等于 ，則母差二次差電流為：

/（0.5K）+ （ -）/K =（+）/K

即若排除CT飽和等因素，母差有較大差流，母差保護動作跳閘。

本來線路1跳閘后即可消除故障點，但因CT1兩根二次繞組電流流向不一致，導致了CT變比改變，產生差流而使母差保護動作，擴大了故障切除范圍。

可得出結論：一次繞組串聯連接時，若邊開關CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷時，CT實際等效變比會改變，會造成同時跳線路及母線，擴大跳閘范圍。可見，當一次繞組有兩匝時，應盡量選擇一次繞組為并聯方式。

（3）通過分析故障電流流向不難得出，邊開關CT一次繞組串聯連接時，若CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT中部二次繞組絕緣受到了損傷，由于母差保護與線路保護交叉接線，母線1母差與線路1保護均會動作跳閘，這一點與一次繞組并聯連接的結果一致。

3.2.2中開關一次繞組串聯連接，CT故障保護動作分析

（1）中開關CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷時，串內電流分布如下圖14所示。

圖中，為從中開關側流入的一次電流，為從中開關側流入的一次電流，為線路1流入的一次電流，為線路2流入的一次電流，為邊開關1的CT流過的一次電流，為邊開關3的CT流過的一次電流。

圖14 中開關CT故障串內電流分布圖

中開關CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT二次繞組絕緣未受到損傷時，對照圖14，采用與3.2.1中第（1）小點中線路1保護分析過程完全類似的分析方法可知：這種情況下線路1與線路2保護均動作，本串全部開關跳閘。

（2）中開關CT外絕緣閃絡或主絕緣故障而CT中部二次繞組絕緣受到了損傷時，由于線路1通過分析此時CT內部故障電流流向不難得出，此時線路1與線路2保護均動作跳閘。

四、案例分析

2007年10月13日16時10分，某站500kV線路B相故障跳閘重合不成功，500kV#2母線第一、第二套母差保護動作，行波測距0.6km。相關一次設備外觀正常，5021、5022 CT的壓力正常。第二串為不完整串， 5022 CT一次繞組采用串聯連接方式。事后5022 CT解體檢查發現CT頭部頂板與鐵心罩殼間的一根絕緣支撐件在嵌件中心部位貫穿性擊穿并碎裂，二次繞組無損傷，屬主絕緣擊穿故障。對照第四部分第二小節第1點分析結果， 500kV#2母線及線路跳閘完全正確。若5022 CT一次繞組采用并聯連接且等電位連接點選擇正確，針對此故障應只跳開線路即可切除故障， 500kV#2母線不會跳閘，可減小跳閘范圍。

五、總結

由上述分析可知：CT 主絕緣擊穿后，若二次繞組受到了損傷，將導致多個保護元件同時判為區內故障而同時動作出口；若二次繞組未受到損傷，等電位連接點選擇正確則只跳單個元件。而在CT等電位連接點的選擇過程中，需遵循以下原則：

（1）為了減小CT故障的跳閘范圍，CT等電位連接點應選擇在CT靠線路（或母線、主變）側，不能選擇在CT靠開關側。

（2）當一次繞組為兩匝時，應盡可能采用一次繞組并聯連接方式，不推薦采用一次繞組串聯連接方式。

六、結束語

CT等電位連接點選擇對保護動作的影響已經得到了高度重視，目前各基層單位正按反措要求開展對CT等電位點連接的整改工作，減小CT故障擴大事故范圍的風險。