電流互感器自復位二次過電壓保護報警機制

趙新力，劉志強，陳更，齊英偉，許才

1.國網內蒙古東部電力有限公司通遼供電公司，內蒙古通遼，028000；2.國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院，內蒙古呼和浩特，010020

0 引言

電壓互感器二次回路發生故障就可能對繼電保護造成較大影響，破壞系統運行的穩定性。本文主要分析電壓互感器二次回路隱患排查意義及隱患類型，提出電流互感器自復位二次過電壓保護報警機制。

1 電流互感器自復位二次過電壓隱患排查的意義

重視二次回路電流互感器隱患的調查，具有重要的實用價值。首先，通過對電流互感器自復位二次過電壓隱患的科學排查，可以有效避免隱患造成的危害，保證電力系統的平穩運行，盡可能減少電力企業在運行過程中的損失和損害。其次，對電流互感器自復位二次過電壓的隱患進行排查，也可以確保工作人員的生命安全。它不僅對電力系統本身負責，而且有助于確保電力安全[1]。

如果施工人員在設置接線端子時用力不當，或在處理過程中安全措施不到位，可能會損壞接線端子頭的壓接部分，造成處理過程中的隱患，影響后續供電系統的穩定有序工作。想要消除電流互感器和二次回路的隱患，就必須更加注意這些問題。在消除電流互感器及二次回路隱患的過程中，通過加強產品設計、定期檢驗、施工調試等環節的質量控制，盡可能降低隱患發生的概率。

2 導致電流互感器自復位二次過電壓的常見隱患問題

結合目前的情況，對于電流互感器電路來說，電流輸出過程中斷路或偏差大是一個常見的隱患。對于斷路電路，根據電流互感器的結構分析，高壓將從二次側反射，這對設備及其操作人員的安全構成危險。電流互感器輸出回路出現質量問題的原因一般是電流互感器本身和端子的質量問題。對于輸出電壓誤差，較大的誤差通常是由電流互感器本身的質量問題引起的。正因為如此，產出問題才會存在。導致大電流偏差的另一個影響因素是電流互感器的電路接地。在這種情況下，電路中將有分路。

例如，在2021年，110kV輸出主變壓器、35kV側斷路器的CT相B發生漏油，導致CT油位降低，嚴重威脅設備的安全。CT關閉，導致整個電廠完全關閉。停電時，現場檢查員對電流互感器進行分析和檢測，發現CT二次引出端子3S1、3S3的密封板有碳化損傷，如圖1所示，導致CT引出端子與密封板間隙漏油，更換整個絕緣板后無漏油現象。

通過現場對比分析，CT 3S1和3S3端子未被外部接線壓緊螺栓完全壓緊，導致接觸不良和發熱，導致密封板長期發熱。高負荷期后，負荷電流增大，加熱進一步加劇，導致絕緣板加熱中心碳化損壞，端子間有間隙，導致漏油。發電廠在2021年度的維修中對CT進行了預防性試驗。在測試過程中，接線端子被一次又一次地分解。在恢復接線的過程中，由于維修人員的疏忽和驗收過程不嚴，最終會出現缺陷。如果故障進一步加劇，甚至會導致二次回路斷路和CT擊穿[2]。

3 電流互感器二次側過電壓保護器的作用和原理

電力設備安全監測系統主要采用電流互感器和二次過電壓保護器，保證后端連接的電流、電壓檢測設備之間的安全。由于電流互感器在電網中起著電壓轉換的作用，它構成了一個感應裝置。如果二次側電流被切斷，或一次側短路或過載，兩端會形成非常高的電壓，這將立即損壞后端連接裝置，并對設備造成重大損失。因此，避免這種突然的電流變化是非常重要的。目前，國際市場上主要使用電流互感器和二次過電壓保護器。主要采用以壓敏電阻為核心的電壓采集設備。但是，由于壓敏電阻會有較大的泄漏電壓，經過長時間的使用，會危及精密檢測設備的后端。因此，迫切需要一種新的電流采集裝置來彌補壓敏電阻的缺點。氣體放電管是一種新型的電流采集設備。它不僅具有壓敏電阻的電流敏感特性，而且具有更高的絕緣性能。其泄漏電流特別小，約為一般系統運行中壓敏電阻泄漏電流的千分之一。使用電耦合模式，電流互感器可以調整電流電路的各種電壓值，以將兩次產生的最大電壓更改為1A至5A。因此，它可以通過各種保護裝置、檢測設備和測控單元，適用于電壓測量儀表、繼電保護設備等。它是采集一次側電流信號的主要載體。電流互感器可以將大電流按百分比轉換為小電流，通過一次線圈連接到系統，通過二次線圈連接到檢測儀表和繼電保護系統。它可以分為兩種情況。一是用作檢測設備，主要用于檢測和測量運行設備的電壓。二是用作保護裝置，主要安裝繼電器。當電網發生短路、過載、斷開等故障時，通過向繼電器安裝提供信息，斷開故障電路，確保供電系統的安全可靠[3]。

4 電流互感器自復位二次過電壓保護報警設備——以氣體放電管為例

4.1 氣體放電管的選型

國內有氣體放電管生產廠家一般包括Witco、鎮江電子管廠、濱威、新鉑錸電子產品有限公司等，國外包括TDK_uuEPC、LittelfuSe等廠家。由于國外廠家產品價格普遍較高，訂貨周期較長，對于一些常見的工業應用（非室外、室內等工業應用），國內制造的有氣體放電管可以滿足要求。因此，在本項目中，首次使用了新的東莞鉑錸電子有氣體放電管。選擇定時期間，必須根據實際應用場景選擇正確的包裝、材料和電氣參數。充氣管可以同時安裝在插件和芯片的封裝中，陶瓷插件也可以封裝在本項目中。

4.2 氣體放電管選型的主要參數測量

氣體放電管的型號：BlSg150a-l。

（1）直流釋放電壓測量（150±25%）：由于氣體放電管的直流釋放電壓具有色散特性，具有一定的應用范圍，根據數據表中的參考值，直流釋放電壓的應用范圍約為dc150v+25%。

首先，在氣體放電管的一端連接一組限流接地電阻器（電阻值和輸出功率根據使用條件設定）。這里選擇的低功率電阻一般為30ΩA/1000W。電壓調節器用于模擬工作電壓的上升斜率。當壓力值可以超過直流擊穿工作電壓區域時，氣體放電管開始對電池放電，并將高配置信號轉換為低電阻狀態。

（2）沖擊電壓檢測（5kA）：需要一個8/20US的專用雷電電流發射裝置，一端與雷電電流發射端連接，另一端接地。直流放電電壓和絕緣電阻之間的電流差設置為5kA后，繼續測試。總共進行了五次測試，以查看結果是否有任何重大變化。

（3）工頻耐受電壓（5A）：使用直流放電電壓測量電路，當充電管兩端電壓達到直流放電電壓時，充電管打開設計的5A電流保護，持續時間為1min（試驗時限作為實際使用場地的參考，本工程采用電流互感器二次側防雷，采用過電壓保護設備，回路過電壓一般持續時間較短）。試驗結束后，繼續測試直流放電電壓和絕緣電阻，查看所有靜態值項目是否在規定范圍內。

（4）絕緣材料電阻：施加50或100V直流工作電壓時測得的氣體放電管電阻為1000MΩ。

（5）工作溫度范圍：工作溫度范圍一般在55℃~+125℃左右。但是，由于實際試驗條件難以滿足本標準的規定，通常根據實際應用所需的工作溫度范圍進行測量。由于本項目屬于一般工業應用環境（20℃~+60℃），市場上常用的高低溫箱均可滿足此要求。分別在高溫和低溫下測量直流放電電壓和工頻耐受電壓。

（6）極間電容值檢測：一般情況下，釋放管寄生電容的影響范圍不大，極間電容材料一般在一區。因此，電極間電容值可以在較寬的頻率控制范圍內保持一定的近似條件。因此，同型號釋放管電極間電容值分散的風險也很低。采用高精度直流電橋測量電極間電容。

（7）當廢氣放電管兩端的電流達到VBK并急劇下降時，在此步驟中，當兩端的電流VGL（電壓）開始發光時，廢氣放電管中的惰性廢氣開始發光。當兩端的電流降至VARC時，VARC保持不變（電弧電流）。隨著氣體放電管兩端電流源逐漸消失，其內層的電弧檢測已經開始消失，但電流可以繼續降低到VE滅弧電壓。

4.3 氣體放電管應用

采樣設備采用氣體放電管二次傾斜保護和電壓電流互感器。在實際操作中，氣體放電管兩端的電壓等于20V。當氣體放電管處于高電阻時，阻抗值等于1g，通過它的空氣泄漏電流也等于1UA。因此，可以忽略電路的動態值以及對儀器精度的負面影響。當二次回路或異常工作電流通過繞組時，因為二次繞組形成的電流遠高于常規工作電壓（其值取決于電流互感器的技術參數和條件），內部電流采集設備被傳輸到充氣管，通過耦合器將過壓信息快速傳輸到后信號采集系統，從而形成一定的數字信號，同時控制繼電器的觸點閉合狀態，使電流互感器在二次側進入穩定的短路運行狀態，完全避免了過電壓的危險[4]。當空氣放電管GDT連接到整流橋的后端時，接收到的數據來自我們面前的過壓控制信號。但是，如果接收到的過電壓進度信號能夠達到其他空氣放電管的導通閾值，則空氣放電管將保持導通狀態，并且后端的電容C1和TVS管將通過電解產生，先后收到了來自世界前沿的過電壓保護信息。電解電容器C1可以消除過壓信號產生的噪聲，TVS管D3將過度擠壓的能量釋放到地面，從而保護后端部件。當輸出繼電器K接收到控制器的閉合信息時，U1A和U-B瞬間短路，即電流互感器在二次檢測期間將出現短路問題。通過提高GDT II的閾值電壓，可以生產各種電子產品以滿足各種場景的需要。

5 電流互感器自復位二次過電壓隱患排查防范措施

5.1 科學合理制定定檢項目開展隱患排查

為保證電流互感器自復位二次過電壓的安全運行，應定期檢查隱患，消除隱患。在消除隱患的過程中，要合理利用機械設備的停機和備用時間，在機械設備逐漸接零前，全面檢查接地端子，確保接線準確無松動。

定期檢查重點是大電流二次回路的完整性和正確性。定期檢查前，檢查并記錄保護裝置接線盒或端子排上各相電流回路的CT內阻和二次負載。當前二次回路接線恢復后，檢查各相回路的接地電阻。檢查恢復措施后，禁止改變電流二次回路。定期檢查數據與以往定期檢查數據進行對比分析，發現變質或其他隱患。數據記錄模板如下所示：

表1 定期檢查數據記錄模板

5.2 強化檢修質量及驗收

在進行設備維護時，最重要的內容之一是對線路連接和電源故障進行有針對性的維護和評估。在進行具體的維修工作時，第一步是接受有針對性的安全責任意識和技術培訓教育。通過安全技術教育，確保參與維修的所有員工對維修安全有足夠的了解和認識，這也是確保維修工作能夠達到預定目標的基本保證。然后，在設備維修的發展過程中，要求維修人員仔細檢查相應的線路端口，觀察是否有磨損，始終做好接線檢查，這是所有工作的核心和重點。在工作實施方面，我們必須確保接線壓接器到位，并且壓接器符合一定的標準和規范要求，以避免接線過程中出現松動，防止出現類似本文所述情況的缺陷。在此過程中，應避免因壓接過度而導致斷線，或因壓接不當而導致電流二次回路斷路，以及繼電保護裝置在運行中誤動或拒動。上述原因將對電力系統的安全產生負面影響。因此，要求維修人員在維修工作實踐中注意接線驗證。只有充分保證接頭質量，才能減少設備在運行過程中因接頭不良引起的設備故障[5]。

5.3 加強檢修質量驗收

CT二次回路端子接線等問題列為三級驗收，作為停工待檢點。未經驗收，嚴禁進行下道工序。

第一，首先檢查新安裝、改造和定期檢查的電流回路，檢查二次回路電流與負載電流接線的準確性。未經驗證，設備不能正常投入運行。

第二，對進線電流和電壓之間的相互相位關系和極性差有嚴格要求的設備（如方位和距離保證的電壓保護器），以檢測相位差、相位關系和保護方向是否準確。

第三，檢查輸出電壓差動保護系統（母線螺紋、發變組、線路縱差保護、橫差保護等）是否與信息保護系統的電源電路連接，每組輸出電壓的電流與傳輸電路的極性有關系，且變比能否正常。

第四，通過檢測由每個CT的相位和電流差保護的差分電路中的差分電壓變化來確定差分電路接線和功率比補償電路的精度。各種差動電流保護裝置（母線、變壓器、發電機等縱、橫差）投入運行前，除檢測相環、差動環外，還應檢測各中性線電壓值的不均勻性，以確保設備與二次電源電路之間接地的準確性。

第五，檢查設備銘牌、圖紙、試驗報告等，并與現場實際接地情況核實；用萬用表檢測并記錄二次繞組內部電流、負載直流電阻、接地電阻和三相直流電阻，接地電流應小于0.5Ω；結合絕緣故障檢測，檢查所有電流回路的一點接地，斷開與電流互感器和二次回路的連接，并檢測所有回路對的絕緣情況。絕緣合格后，可以確定只有一個接地點。

6 結語

綜上所述，重視電流互感器自復位二次過電壓隱患排查，制定有針對性的防范措施，可以為推動二次回路隱患排查和消除工作提供切實保障和支持，避免因電流回路引起的一次設備停運事故，為電力系統的安全穩定運行保駕護航。