電流互感器二次側開路故障分析及應對措施

周博，張秋慧

（1．國網遼寧省電力有限公司沈陽供電公司，沈陽110036；2.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，沈陽110036）

1 電流互感器工作原理

電流互感器的原理與變壓器相同，是基于電磁感應原理而設計的。電流互感器由一次繞組、二次繞組、鐵芯、一二次接線端子、絕緣支柱體組成（如圖1所示）。鐵芯與變壓器相同，是由硅鋼片疊制而成，電流互感器的一次繞組匝數很少，一次繞組串聯于電力系統的一次設備之中，因此它能夠通過一次設備運行中的全部電流。電流互感器的二次繞組匝數一般較多，二次繞組通過電纜接入繼電保護裝置、測量裝置及計量設備中。若忽略勵磁損耗，一次線圈與二次線圈有相同的安匝數[1]。電流互感器在正常工作時，其二次回路始終應該處于閉合狀態。

圖1 電流互感器結構原理圖

2 電流互感器開路運行的危害

2.1 開路運行分析

電流互感器的一次繞組匝數較少，一般只有一匝或者幾匝，它的一次繞組串接至需要測量的電力系統一次設備之中，流過被測一次電流。此時，流過電流互感器一次繞組的電流與雙繞組變壓器正常運行時所流過的電流不同，雙繞組變壓器的一次側電流與二次負載有關，而電流互感器的一次側電流與相應一次設備所流過的電流一致。電流互感器二次側繞組的匝數比較多，它與繼電保護裝置、測控裝置、計量表回路串聯形成閉合回路，電流互感器在正常工作狀態中可以認為其工作于短路狀態。這是因為一次側繞組電流I1只取決于一次設備的運行狀態，不隨二次側電流I2的變化而發生改變，I2的數值大小只由電力負荷阻抗、線路阻抗及電源電壓決定，并且二次側所接繼電保護裝置、測量裝置、計量儀表的電流線圈阻抗很小。正常工作時一次繞組電流I1產生的磁動勢I1N1（F1）僅有很小一部分產生空載磁動勢，二次繞組電流I2所產生的磁動勢I2N2（F2）對一次繞組所產生的磁動勢F1有去磁作用，因此合成磁動勢F0及鐵芯的合成磁通Φ數值都不大，這就使得二次繞組的感應磁動勢e2的數值不大，一般不超過幾十伏。

電流互感器在正常工作時，根據磁動勢平衡的關系可以得出N1I1+N2I2=N1I0，一、二次電流相位相反，因此N1I1和N2I2互相抵消一大部分，鐵芯的剩余磁動勢是勵磁磁動勢，當二次回路開路時，二次去磁動勢等于零。根據磁動勢平衡原理，這時的勵磁磁動勢迅速增加，電流互感器的一次電流全部用于鐵芯的勵磁，于是鐵芯中磁感應強度隨之迅速增加，鐵芯達到磁飽和。鐵芯的飽和造成隨時間變化的磁通Φ的波形由正常運行時的正弦波變為飽和時的平頂波。在磁通迅速發生變化的過程中，開路的二次繞組內將感應出電壓很高的尖頂波電動勢e2，其峰值可達數千伏甚至更高，這種高電壓對于運行及檢修人的人身安全存在極大的威脅，對繼電保護等二次裝置也是極其危險的。

圖2 電流互感器二次回路開路時的磁通和勵磁電動勢波形

2.2 電流互感器二次開路產生的現象和危害

①電流互感器開路時，由于交變的磁通在二次側將感應出很高的電壓，高電壓可能會使電流互感器二次回路元件接線端子、二次接線柱等處產生火花，高電壓傳導到二次繞組和二次電路中，從而導致一、二次繞組間的絕緣被擊穿。②繼電保護裝置、測量裝置、計量儀表指示異常。上述設備的電流二次回路開路，會使相應設備的電流采樣元件所采電流指示不一致、功率表指示降低、計量表計轉速緩慢或不轉。如相關裝置的電流指示時有時無，則二次回路可能處于接觸不良的狀態中。③電流互感器本體出現無噪聲，嚴重發熱、冒煙，振動不均勻等現象，這些現象在一次系統的負荷較小時表現并不明顯。當開路時因磁通的非正弦型和磁通密度的迅速增加，硅鋼片振動力迅速增大，這會產生很大的噪音。④電力系統繼電保護相關裝置冒煙燒壞。電力系統繼電保護裝置的電流采樣元件燒壞會使電流互感器二次開路。電能計量表計、保護裝置的采樣元件在燒壞后，不僅會使電流互感器二次開路，同時也可能造成電壓互感器二次短路。⑤電流互感器開路時導致繼電保護裝置因無電流而不能正確反映故障，對于零序保護和差動保護，則可能因開路時產生的不平衡電流而發生誤動。⑥二次回路開路時磁路的嚴重飽和會使得鐵芯發熱嚴重，若不能及時發現并進行正確的處理，會使電流互感器燒毀，并容易引起電纜著火。

3 電流互感器二次回路開路的產生原因

①由于交流電流回路中的接線端子排的質量和結構存在缺陷，在運行中發生底板螺孔與旋轉螺桿接觸不良，造成電流互感器二次回路的開路。如旋鈕式電流端子由于試驗端子壓板的膠木過長，導致旋轉端子金屬片誤壓在膠木套上，未壓在壓板的金屬片上而導致開路；內部彈簧式的電流端子由于彈簧損壞，旋轉螺桿與底版接觸不上等。②施工安裝人員工作中的失誤，如接線錯誤、做安全措施時打開的線頭忘記恢復，在送電前未進行電流互感器二次側是否開路的檢查。③在二次線端子接頭在施工過程中壓接不牢固，當回路中通過的電流很大時，可能會發生螺桿與銅板接觸不良、發熱燒斷、氧化過甚甚至造成二次回路的開路。④室外端子箱、電流互感器本體接線盒受潮，端子螺絲或墊片銹蝕過于嚴重，造成接觸不良，最終形成開路。⑤繼電保護裝置的電流回路短接片在保護調試的過程中被打開，但在工作結束后和檢查現場時未仔細確認短接片是否已連接好或恢復，導致開路。

4 應對措施

①首先要分辨出哪一組電流回路發生開路，需要判斷此組電流的斷開對保護有無影響，其二次回路的斷開是否會使得保護發生誤動。尤其是用于母差保護的電流互感器，當出現打火等電流互感器二次回路開路的現象時，應立即向有關部門申請將其退出，然后根據現場實際情況采取相應措施。②運行中如需檢修、校驗保護裝置、測量裝置及計量儀表時，必須先將電流互感器二次回路有效短接，再斷開該設備，電流互感器的二次回路不允許裝設熔斷器。③在短接電流互感器二次回路前應盡可能減少一次電流,降低危險性。當電流互感器內部出現冒煙、放電、異響等現象時，應立即轉移負荷,切斷電源后進行檢查和處理，如有旁路，可將線路轉為旁路供電，提高供電的可靠性。④當電流互感器二次開路需要短接時，應在開路打火處就近的二次端子上進行，封好開路的電流互感器二次回路后，再檢查處理開路點。短接時應使用專用短路連片或短路線，短路應妥善可靠，禁止采用一般導線纏繞。⑤根據短接后出現的現象判斷短接是否已經奏效。若短接時有火花,則說明短接有效?？梢哉J為故障點在短接點以下。

5 結語

電流互感器二次側開路是電力系統運行中最危險的故障之一。正確的預防和處理也就非常必要，將故障控制在最小范圍內，減小損失，達到電網穩定安全運行的最終目的。