500 kV電流互感器例行試驗(yàn)對(duì)二次電流回路的影響分析

劉懷宇，徐 鵬，陳 昊，張海華

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司超高壓分公司，江蘇 南京 211102）

0 引言

隨著電能的需求量不斷增加，變電站的數(shù)量逐年遞增。伴隨著智能運(yùn)檢技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域研究的開(kāi)展［1-8］，一次設(shè)備相關(guān)技術(shù)的研究也在不斷深入［9-15］，其中承擔(dān)著一次電流傳變?yōu)槎坞娏魅蝿?wù)的電流互感器（Circuit Transformer，CT）相關(guān)研究隨之推進(jìn)［15-26］。CT性能直接關(guān)系到繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的正確性，定期對(duì)CT 開(kāi)展例行試驗(yàn)，是提高其可靠性的有效手段，長(zhǎng)期以來(lái)是變電檢修專業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)［15-27］。

文獻(xiàn)［15］-文獻(xiàn)［16］研究了電流互感器的二次回路；文獻(xiàn)［17］-文獻(xiàn)［19］研究了電流互感器二次回路典型缺陷故障的影響情況；文獻(xiàn)［20］-文獻(xiàn)［24］研究了電流互感器飽和問(wèn)題；文獻(xiàn)［23］-文獻(xiàn)［26］研究了保護(hù)用電流互感器傳變特性。由于CT 例行試驗(yàn)和二次回路在專業(yè)上分屬電氣試驗(yàn)專業(yè)和繼電保護(hù)專業(yè)，相關(guān)技術(shù)問(wèn)題長(zhǎng)期在各自的專業(yè)范圍內(nèi)討論，在此背景下，尚無(wú)文獻(xiàn)系統(tǒng)討論電流互感器例行試驗(yàn)對(duì)二次電流回路的影響。

目前在500 kV變電站進(jìn)行變電檢修過(guò)程中，在一次作業(yè)人員開(kāi)展CT例行試驗(yàn)前，需要二次作業(yè)人員在例行試驗(yàn)CT 的端子箱將CT 所有次級(jí)的電流回路斷開(kāi)，一次作業(yè)人員方可開(kāi)展試驗(yàn)，并在試驗(yàn)過(guò)程中在CT二次側(cè)（戶外敞開(kāi)式CT在接線盒處，GIS或HGIS在CT 端子箱根部側(cè)端子排）所有次級(jí)短接接地，關(guān)于此短接處統(tǒng)一稱為CT根部。本文將以500 kV油浸倒立式電流互感器為例，在二次電流回路未斷開(kāi)情況下討論CT例行試驗(yàn)對(duì)二次電流回路的影響。

1 CT例行試驗(yàn)概況

基于《DL/T393-2010 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》，可知500 kV 油浸倒立式電流互感器例行試驗(yàn)的項(xiàng)目及周期［28］如表1所示。紅外熱像檢測(cè)是利用紅外熱像檢測(cè)儀對(duì)CT 進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)運(yùn)行中的CT 是否存在異常發(fā)熱點(diǎn)。油中溶解氣體分析是對(duì)CT 進(jìn)行取油樣分析，分析CT 油中溶解氣體的成分及含量，從而在一定程度上反應(yīng)CT 是否存在隱患以及其發(fā)展程度。絕緣電阻測(cè)試是利用絕緣電阻表測(cè)試一次對(duì)末屏絕緣、末屏對(duì)地絕緣，絕緣電阻值的大小能夠靈敏地反應(yīng)CT 的絕緣情況。電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)是利用介質(zhì)損耗測(cè)試儀測(cè)試一次對(duì)末屏以及末屏對(duì)地的介損及電容量，確保CT無(wú)局部集中性和整體分布性缺陷。

表1 電流互感器例行試驗(yàn)項(xiàng)目Table 1 Routine test items of current transformer

綜上所述，在所有CT 例行試驗(yàn)項(xiàng)目中，僅有絕緣電阻測(cè)試、電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試這2 個(gè)例行試驗(yàn)項(xiàng)目與二次電流回路存在物理聯(lián)系，其過(guò)程可能會(huì)對(duì)二次電流回路造成影響，進(jìn)而影響繼電器等相關(guān)二次設(shè)備的動(dòng)作可靠性［18-19，29-30］。下文將針對(duì)上述兩類CT例行試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)二次電流回路的影響展開(kāi)分析。

2 CT根部短接及短接接地對(duì)二次電流回路的影響分析

二次電流回路通常是指CT二次線圈經(jīng)過(guò)CT接線盒、經(jīng)電纜接至一次現(xiàn)場(chǎng)CT 端子箱、再由電纜接至保護(hù)裝置所構(gòu)成的電流回路，即如圖1所示。

圖1 二次電流回路示意圖Fig.1 Schematic diagram of secondary current circuit

CT例行試驗(yàn)前需要二次作業(yè)人員執(zhí)行二次安措，在CT端子箱處斷開(kāi)所有次級(jí)電流回路，這樣一次作業(yè)人員在CT 根部短接接地不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)。如果二次電流回路未斷開(kāi)情況下，禁止一次作業(yè)人員進(jìn)行短接接地，這樣會(huì)導(dǎo)致電流回路兩點(diǎn)接地，地電位差易引起附加電流［19］。

如圖2 所示為500 kV 母差保護(hù)電流回路圖，此時(shí)一次現(xiàn)場(chǎng)的CT 端子箱中連片未斷開(kāi)，在CT A 相根部短接接地，由于電流回路在保護(hù)小室的母差保護(hù)屏柜處已有接地點(diǎn)，導(dǎo)致電流回路存在兩個(gè)接地點(diǎn)。隨著變電站運(yùn)行年限的增加，二次等電位接地網(wǎng)逐漸老化，在不同接地點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生地電位差，從而在電流回路中產(chǎn)生附加電流，即如圖3所示。

圖2 500 kV母差保護(hù)電流回路Fig.2 Current circuit of 500 kV bus differential protection

圖3 電流回路差流原理圖Fig.3 Differential current principle diagram of current circuit

由此可見(jiàn)在電流回路未斷開(kāi)時(shí)，CT根部短接接地易在電流回路中產(chǎn)生附加電流，若此電流回路為多間隔保護(hù)中的一個(gè)支路，則附加電流在保護(hù)裝置中將產(chǎn)生差流，當(dāng)達(dá)到差流動(dòng)作定值將導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)。

上述已經(jīng)討論電流回路未斷開(kāi)時(shí)，CT根部短接接地產(chǎn)生的影響。由于在電流回路未斷開(kāi)時(shí)，CT已經(jīng)存在接地點(diǎn)，一個(gè)接地點(diǎn)便滿足要求，無(wú)需在根部接地。若此時(shí)只在CT根部短接而不接地，可見(jiàn)對(duì)于獨(dú)立無(wú)電聯(lián)系的CT 次級(jí)電流回路不會(huì)產(chǎn)生影響。但是由于500 kV 變電站一次接線方式主要為3/2 接線方式，對(duì)于非“九統(tǒng)一”線路保護(hù)、線路測(cè)量、計(jì)量等二次電流回路采用物理接線和電流的方式，CT根部短接將會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。如圖4 所示為3/2 接線方式的500 kV 變電站中5012、5013 斷路器之間yy 線間隔停電示意圖，此時(shí)xx線由5011斷路器單獨(dú)帶電運(yùn)行。

圖4 間隔停電示意圖Fig.4 Schematic diagram of the bay power outage

如圖5 所示為非“九統(tǒng)一”線路保護(hù)電流回路圖，5011、5012 斷路器CT 在5011 斷路器電流互感器端子箱采用和電流接線方式，之后接入線路保護(hù)。由于需要對(duì)5012 斷路器CT 進(jìn)行例行試驗(yàn)，需要對(duì)5012 斷路器CT A相進(jìn)行短接試驗(yàn)。

圖5 500 kV非“九統(tǒng)一”線路保護(hù)電流回路Fig.5 500 kV non"nine-unification"line protection current circuit

為了方便分析，將運(yùn)行的5011 斷路器CT 等效為電流源，由于5012斷路器處于檢修狀態(tài)，其CT可以等效為電流為零的電流源，即為開(kāi)路。則由圖5 可得如圖6所示的簡(jiǎn)化電流回路圖，可知5012斷路器CT A相進(jìn)行短接試驗(yàn)等效為在5011斷路器A相短接，這將導(dǎo)致線路保護(hù)裝置采集的正序電流、零序電流發(fā)生變化［18］。同樣對(duì)于其它和電流如線路測(cè)量、計(jì)量等電流回路也有著同樣的影響。

圖6 500 kV非“九統(tǒng)一”線路保護(hù)簡(jiǎn)化電流回路Fig.6 500 kV non"nine-unification"line protection simplified current circuit

綜上所述，可知在電流回路未斷開(kāi)情況下，在CT根部短接接地將引起二次電流回路兩點(diǎn)接地，易引起保護(hù)誤動(dòng)；在CT 根部短接將引起和電流分流，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

3 CT例行試驗(yàn)過(guò)程對(duì)二次電流回路的影響分析

基于上述分析結(jié)果，可知在CT 根部短接、短接接地都將對(duì)二次電流回路產(chǎn)生影響。短接直接影響是降低CT 二次負(fù)載，理論上幾乎為零（通常由于接觸電阻以及短接線等原因?qū)е翪T 二次負(fù)載RL不可能完全為零）。接地是為了保證二次存在可靠接地點(diǎn)，防止因?yàn)镃T 一、二次通過(guò)耦合電容在二次側(cè)感應(yīng)出高電壓，從而危害檢修人員及設(shè)備的安全。因而正常情況下CT不同次級(jí)在端子箱或者保護(hù)屏柜都有且僅有一個(gè)接地點(diǎn)。綜上所述，考慮在CT根部不做任何措施且保證二次電流回路完好的情況，結(jié)合上述分析結(jié)果，討論500 kV 油浸倒立式CT 例行試驗(yàn)項(xiàng)目中絕緣電阻及電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)兩個(gè)試驗(yàn)過(guò)程對(duì)二次電流回路的影響。

如圖7所示為500 kV油浸倒立式CT結(jié)構(gòu)示意圖，其中紅色虛線框圖中為電容屏分壓結(jié)構(gòu)靠?jī)?nèi)側(cè)部分。最外側(cè)電容屏（零屏）為高電位，最內(nèi)側(cè)電容屏（末屏）為低電位，運(yùn)行過(guò)程中接地。二次引線管上部與鐵心罩殼直連，下部接至CT 底座，為零電位。二次線圈通過(guò)二次引線管接至CT根部接線盒內(nèi)引出端子。

圖7 500 kV油浸倒立式CT結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Schematic diagram of 500 kV oil immersed inverted CT structure

3.1 CT絕緣電阻測(cè)試

CT絕緣電阻測(cè)試是發(fā)現(xiàn)CT絕緣局部或整體受潮和臟污、絕緣擊穿、過(guò)熱老化等缺陷的重要手段。

絕緣電阻測(cè)試采用2 500 V 電壓、保持60 s，記錄絕緣電阻表數(shù)值，其中一次對(duì)末屏絕緣值要求不低于3 000 MΩ、末屏對(duì)地絕緣值不低于1 000 MΩ。根據(jù)圖7可建立如圖8所示的等效電路原理圖，其中R1為測(cè)試回路等效電阻值，R2為通過(guò)耦合電容經(jīng)二次回路負(fù)載之間回路的等效電阻，AC為測(cè)試電壓源，易知R2?R1，則并聯(lián)等效電阻應(yīng)當(dāng)符合上述絕緣值的要求。可知，整個(gè)測(cè)試回路中總的電流不大于2.5 μA。可知在CT絕緣良好的情況下，通過(guò)R2的電流遠(yuǎn)小于2.5 μA。CT絕緣值異常降低，回路中R1值將會(huì)變小，而R2值變化不大，不論絕緣電阻測(cè)試儀電壓是否能夠升高至測(cè)試電壓值，通過(guò)R2的電流依然遠(yuǎn)小于2.5 μA。綜上所述，絕緣電阻測(cè)試過(guò)程對(duì)二次電流回路幾乎沒(méi)有影響。

圖8 CT絕緣電阻測(cè)試等效電路原理圖Fig.8 Equivalent circuit diagram of CT insulation resistance test

3.2 CT電容及介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試

CT 絕緣介質(zhì)受潮，伴隨著介質(zhì)損耗因數(shù)增大；CT絕緣性能下降，伴隨著電容量的增加。通過(guò)CT電容及介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試能夠有效發(fā)現(xiàn)絕緣老化、受潮、開(kāi)裂、污染等不良狀況。

測(cè)試一次對(duì)末屏介損及電容量時(shí)，采用正接法，施加10 kV電壓。測(cè)試末屏對(duì)地介損及電容量介損及電容量時(shí)，采用反接法，施加2 kV電壓。根據(jù)圖7可建立如圖9 所示的等效電路原理圖，其中C1為測(cè)試回路等效電容，C2為通過(guò)耦合電容經(jīng)二次回路負(fù)載之間回路的等效電容，AC 為測(cè)試電壓源，易知C1?C2。通常500 kV油浸式電流互感器一次對(duì)末屏、末屏對(duì)地電容量均為千pF 級(jí)，可知圖9 中回路總的電流不大于0.7 mA，則通過(guò)C2的電流遠(yuǎn)小于0.7 mA，由此可知CT電容及介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試過(guò)程對(duì)二次電流回路幾乎沒(méi)有影響。

圖9 CT電容及介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試等效電路原理圖Fig.9 Equivalent circuit diagram of CT capacitance and dielectric loss factor tests

4 結(jié)語(yǔ)

在二次電流回路未斷開(kāi)情況下，對(duì)CT例行試驗(yàn)過(guò)程中可能對(duì)二次電流回路產(chǎn)生的影響因素進(jìn)行了分析討論，得出結(jié)論如下：

1）電流回路未斷開(kāi)情況下，在CT 根部短接接地將引起二次電流回路兩點(diǎn)接地，易引起保護(hù)誤動(dòng)；在CT根部短接將引起和電流分流，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

2）CT 例行試驗(yàn)過(guò)程對(duì)二次電流回路幾乎沒(méi)有影響。

本文定性分析了CT 例行試驗(yàn)對(duì)二次電流回路的影響，下一步將基于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行定量分析，探索電流互感器例行試驗(yàn)過(guò)程中作業(yè)人員及回路開(kāi)斷操作優(yōu)化的可能性。