電流互感器與過電流繼電器的接線方式分析

王剛 王銳

摘? 要：電力系統中的電流互感器的作用是進行電流變換，將大電流變換為標準的小電流，用于測量和保護，測量用的電流互感器二次側接電流表，保護用的電流互感器二次側接過電流繼電器，電流互感器與過電流繼電器的接線方式多種多樣，對于不同電壓等級的線路，需要采取不同的接線方式，反應不同的故障類型，文章主要闡述電流互感器與過電流繼電器的接線方式。

關鍵詞：電力系統;電流互感器;過電流繼電器

中圖分類號：TM452 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）35-0102-03

Abstract： The function of current transformer in power system is to transform current， converting large current into standard small current and used for measurement and protection： the secondary side-connected ammeter of current transformer is used for measurement， while the secondary side-connected over-current relay of current transformer is used for protection. There are many ways to connect current transformer and over-current relay; therefore， for lines with different voltage levels， different wiring modes are required， which reflects different types of fault. This paper mainly describes the connection mode of current transformer and over-current relay.

Keywords： power system; current transformer; over-current relay

1 概述

電流互感器是電力系統一次系統和二次系統的聯絡元件，二次側電流額定值一般為5A或1A，通常二次側連接測量儀表或過電流繼電器，二次側連接測量儀表，可以反映一次側的電流值，二次側連接過電流繼電器，通過故障前后電流值的變化情況，流過過電流繼電器的電流值大于過電流繼電器的整定值，保護裝置會發出動作命令，對于電力系統來說，根據電力系統中性點是否接地分為大電流接地系統和小電流接地系統，對于不同類型的電力系統，電流互感器采取的接線方式不同，下面主要分析不同的接線方式能夠反映的短路故障類型及各種不同接線方式的優缺點，對于電力系統故障類型來說，主要包括相間短路和接地短路兩大類，相間短路又包括三相相間短路和兩相相間短路，接地短路主要為單相接地短路，電力系統中發生的故障大多數都是電力系統的單相接地短路。

2 電流互感器常見的接線方式及分析

電流互感器實質是一種特殊的變壓器，一次側串聯在一次電路中，二次側連接過電流繼電器線圈，過電流繼電器的線圈阻抗比較小，工作時接近于短路狀態，所以電流互感器工作時二次側不能開路，互感器一次側和二次側電氣上相互絕緣，且二次繞組應該可靠接地，保護二次側設備和人身安全，下面圖中電流互感器一次側電流和二次側電流參考方向都是按減極性標注，減極性標注就是說互感器的首端都是同名端，對于保護用的電流互感器通常是電流互感器與過電流繼電器的相互配合問題，常用的連接方式主要有以下幾種。

2.1 單相接線

圖1中，電流互感器接于B相線路，二次側接入過電流繼電器KA，單相接線所用設備比較少，價格經濟，此種接線主要用于對稱三相電路，由于電力系統三相對稱，測量任何一相電流都能起到保護作用，當短路故障發生時，過電流繼電器KA觸點閉合，發出動作命令，使斷路器跳閘，在圖1中，KA過電流繼電器線圈中通入交流電，為電流互感器二次側的電流，而觸點的電源采用直流操作電源。

2.2 三相三繼電器完全星形接線

圖2中，三相三繼電器完全星形接線是將三個電流互感器的二次繞組與三個過電流繼電器的線圈分別按相連接，三個電流互感器的二次繞組和三個過電流繼電器的線圈均接成星形，所用設備較多，接線復雜，主要用于110kV及以上中性點直接接地的高壓系統，三個過電流繼電器的觸點采用并聯接線方式，即任何一個觸點閉合都可以發出動作命令，對于中性點直接接地系統也稱為大電流接地系統，當發生單相接地故障時，由于與變壓器中性點形成完整的回路，短路電流比較大，所以當任何一相發生單相接地短路時，二次側電流流入對應的過電流繼電器，當大于過電流繼電器整定值時，此過電流繼電器動作使其觸點閉合，發出動作命令，而當發生三相相間短路時，三個互感器二次側電流都會大于過電流繼電器的整定值，三個過電流繼電器觸點都會閉合，發出動作命令，當發生兩相相間短路時，例如AB相間短路時，對應的KA1，KA2的觸點會閉合，發出動作命令，同理BC、CA短路時也會使對應的觸點閉合發出動作命令，此種接線可以對相間和接地都實施保護，但是主要是針對相間短路進行保護，因為相間短路的短路電流大于系統發生單相接地的短路電流。

2.3 兩相兩繼電器不完全星形接線

圖3中，兩相兩繼電器不完全星形接線是將兩個過電流繼電器的線圈和在A、C兩相上裝設的兩個電流互感器的二次繞組分別按相連接，相對于圖2來講，節省了一個電流互感器和一個過電流繼電器，接線相對簡單，所用設備比較少，價格便宜，此種接線主要適用于中性點不接地的中壓系統，此種接線主要反映的故障類型為相間短路，當三相相間短路時，KA1和KA3觸點都會閉合發出信號，而兩相相間短路時，例如A、B短路時，僅KA1觸點閉合發出信號，同理B、C 短路時，KA3觸點閉合，而A、C兩相短路時，兩個過電流繼電器觸點均閉合，但是對于系統發生接地短路時，如果故障發生在B相，則保護裝置不會反映出故障，如果A或C相發生單相接地時，由于中性點不接地，故障電流比較小，稱為小電流接地系統，此種系統發生單相接地時，接地相對地電壓變為零，非接地相對地電壓升高為線電壓，而線電壓不變，系統保持對稱，可以持續運行1～2個小時，不需要跳閘，僅需要發出故障信號，所以此種保護并不反映接地短路，對于系統發生接地短路故障，需要由絕緣監察裝置發出故障信號，提醒運行人員及時處理故障，否則發生另一相接地短路，則導致系統跳閘。

圖3 兩相兩繼電器不完全星形接線

2.4 兩相電流差接線

圖4為兩相電流差接線，也稱為兩相一繼電器接線，相對造價更便宜，同樣適用于中性點不接地的中壓系統，保護的故障類型同樣為相間短路，任何一種相間短路時，都會使過電流繼電器觸點閉合發出動作命令，同樣不適合于接地短路，當發生三相相間短路時，兩個互感器的二次側電流為短路后的a、c，根據基爾霍夫電流定律，流入KA的電流為a-c，所以稱為兩相電流差接線。

圖4 兩相電流差接線

2.5 零序電流接線

零序接線采用三個電流互感器首端和尾端并聯的方式，兩端共同接入KA過電流繼電器線圈，對于零序電流的獲得主要采取圖5的零序電流過濾器來獲得零序電流30，當三相電力系統發生單相接地故障時，由于系統能分解成正序、負序和零序三個分量，由于正序、負序三相電流之和為零，故只有零序輸出，所以流入KA的電流為a+b+c=30，而當系統發生三相相間短路時，由于只有正序分量，相量和為零，不會發出動作信號，而兩相相間短路時，由于只有正序和負序分量，所以相量和仍為零，不會發出動作信號，但是由于仍然會有不平衡電流流過KA，所以KA的整定值要躲過不平衡電流。

3 結束語

電流互感器與過電流繼電器的接線形式較多，不同的接線形式反映不同的故障類型，電流互感器的上述接線形式中，圖1的接線形式主要反映對稱三相電路短路故障，圖2、3、4三種接線形式主要反映相間短路故障，而圖5的接線形式主要反映接地短路故障，對于輸電線路的保護設置來說，必須針對不同的故障設置相應的保護形式，使任何故障發生時，都有對應的保護裝置動作，本文主要是對電流互感器的硬件接線進行分析，而對于KA參數的整定則并未涉及。

參考文獻：

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