高壓電流互感器二次側(cè)斷線危害的解決方案

肖繼松，代東生

中原石油勘探局工程建設(shè)總公司，河南濮陽 457001

高壓電流互感器二次側(cè)斷線危害的解決方案

肖繼松，代東生

中原石油勘探局工程建設(shè)總公司，河南濮陽 457001

在電力系統(tǒng)中電流互感器起著不可或缺的作用。如果高壓電流互感器二次側(cè)斷線，二次側(cè)感應(yīng)電壓可達(dá)幾千伏，存在人身觸電、設(shè)備損壞等嚴(yán)重危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。文章提出了高壓電流互感器二次側(cè)斷線故障的解決方案，可以在故障發(fā)生時(shí)將二次側(cè)電壓限制在允許范圍內(nèi)，且對(duì)那些二次側(cè)斷線后可能誤動(dòng)作的保護(hù)實(shí)現(xiàn)閉鎖，以確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

電流互感器；二次側(cè)斷線；解決方案

1 概況

在電力系統(tǒng)中，作為重要的計(jì)量、測(cè)量、保護(hù)元件，電流互感器起著不可或缺的作用。如果高壓電流互感器二次側(cè)斷線，二次側(cè)（以下簡稱二次）會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，可達(dá)幾千伏，而變電站二次電纜、儀表、繼電器絕緣性能相對(duì)較低，這種情況下就存在人身觸電、設(shè)備損壞等嚴(yán)重危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

35 kV 六氟化硫高壓電流互感器安裝于充滿劇毒氣體六氟化硫的斷路器內(nèi)部，幾毫克六氟化硫氣體就足以致人死亡，因此對(duì)斷路器有特殊的密閉性要求，互感器一旦損壞進(jìn)行更換、維修是非常困難的。應(yīng)用于 110 kV電網(wǎng)系統(tǒng)的高壓電流互感器（以下簡稱電流互感器），雖然獨(dú)立安裝但外型較大，停電維護(hù)不僅影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，而且更換電流互感器必須動(dòng)用吊車等大型機(jī)械設(shè)備，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。對(duì)于電流互感器二次開路故障一直沒有很好的解決辦法。

本文提出的電流互感器二次斷線故障的解決方案，可以在故障發(fā)生時(shí)將二次電壓限制在允許范圍內(nèi)，且對(duì)那些二次斷線后可能誤動(dòng)作的保護(hù)實(shí)現(xiàn)閉鎖，以確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2 電流互感器二次斷線故障的解決方案

當(dāng)電流互感器二次斷線（開路）后，全部一次電流都用于鐵芯磁化，其磁化強(qiáng)度H為：

式中W1——電流互感器一次繞組匝數(shù)；

L—— 電流互感器鐵芯平均長度；

Im—— 一次電流幅值；

ω—— 角頻率；

t—— 時(shí)間。

此時(shí)，二次開路電壓e0為：

式中S——鐵芯面積；

ud——?jiǎng)討B(tài)磁導(dǎo)率；

W2——電流互感器二次繞組匝數(shù)；

Hm——磁化強(qiáng)度幅值，Hm= 0.4πW1ImL。

當(dāng)鐵芯磁化完全飽和后，ud= 0；當(dāng)磁通密度B過零時(shí)，ud到達(dá)最大值，由于一次電流都用于鐵芯磁化，所以當(dāng)ωt值很小時(shí)鐵芯磁化已深度飽和，此時(shí)可近似認(rèn)為con (ωt)= 1，以u(píng)dm表示動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率的最大值，則電流互感器二次開路電壓幅值Em可由下式得出：

對(duì)于負(fù)荷比較大的線路來說，由于W2及Im值很大，則在二次開路時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓可以達(dá)到非常高的程度。以一臺(tái) 600/5 電流互感器為例：根據(jù)不同的Im值，二次開路電壓幅值可達(dá)到一千伏至數(shù)千伏。對(duì)于這樣高的電壓，如無相應(yīng)保護(hù)措施，勢(shì)必嚴(yán)重危及變電站人員和設(shè)備安全，影響電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

本文提出的電流互感器二次斷線故障解決方案的電路如圖1所示。

圖1 電流互感器二次斷線故障解決方案電路示意

電流互感器正常運(yùn)行時(shí)，二次電壓很低，非線性電阻 R 阻值很大，當(dāng)電壓升高時(shí)電流非線性地增加，電阻值下降；反之電阻值上升，可有效防止誤動(dòng)作以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

當(dāng)發(fā)生電流互感器二次斷線故障時(shí)，二次開路電壓很高，R 電阻值急劇減小，繼電器 FR 動(dòng)作接通交流回路，由接觸器 KM 短接電流二次回路，從而避免了二次設(shè)備的損壞。KM 在自保持的同時(shí)，接通信號(hào)或跳閘回路，發(fā)出信號(hào)或操作斷路器跳閘。由于 KM 的自保持作用，在故障處理完畢前二次回路始終處于短接狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生跳躍現(xiàn)象。故障處理完畢，只需按下復(fù)位按鈕 SB，即可恢復(fù)正常運(yùn)行。在圖1中，R 起限壓作用的時(shí)間等于FR 的動(dòng)作時(shí)間，根據(jù)電流互感器二次開路電壓不同，F(xiàn)R 的動(dòng)作時(shí)間約為幾十毫秒到幾秒，在此時(shí)間內(nèi) R 不會(huì)因過熱而損壞。系統(tǒng)在正常運(yùn)行和發(fā)生嚴(yán)重的短路故障時(shí)FR不動(dòng)作，R阻值沒有明顯變化，不影響其他裝置的正常工作。

總之，當(dāng)發(fā)生電流互感器二次斷線故障時(shí)，電流互感器二次斷線保護(hù)應(yīng)當(dāng)能把二次電壓限制在允許范圍內(nèi)，以防止設(shè)備遭受破壞，同時(shí)發(fā)出聲、光信號(hào)；對(duì)那些二次斷線后可能誤動(dòng)作的保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)閉鎖，閉鎖的方法是將被閉鎖的保護(hù)出口斷開，以確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3 結(jié)束語

本文提出的高壓電流互感器二次斷線故障的解決方案，解決了長期以來變電所內(nèi)電流互感器開路故障無法預(yù)防及改進(jìn)的現(xiàn)狀，施工人員與變電所值班人員的安全也得到了有效保障。因此，從安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的角度來講，完善電流互感器的二次斷線保護(hù)，對(duì)安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)都有著非常重要的作用。

中國石油油氣管道建設(shè)碩果盈枝

2013年中國石油累計(jì)建成國內(nèi)外管道長度超過1 萬 km，投運(yùn)超過 8 000 km，創(chuàng)歷史最高水平?？萍己坎粩嗵嵘?，重大裝備國產(chǎn)化步伐加快，如 20 MW級(jí)電驅(qū)壓縮機(jī)組在西氣東輸二線高陵壓氣站即將完成 4 000 h工業(yè)試驗(yàn)，高壓大口徑全焊接球閥完全替代進(jìn)口產(chǎn)品，30 MW級(jí)燃驅(qū)壓縮機(jī)組首臺(tái)套具備試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件，SCADA 系統(tǒng)即將完成 1.0 版，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，國產(chǎn)化 X90、X100 鋼級(jí)鋼管成功實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)和單爐試制。

（本刊摘錄）

Solution to Harmful Line-broken at Secondary Side of High Voltage Current Transformer

Xiao Jisong,Dai Dongsheng
Engineering Construction General Co.of Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau,Puyang 457001,China

Current transformers are vital to electric power system.In case of line-broken at the secondary side of the current transformer,the induced voltage at the secondary side can reach several kilovolts,which may cause severe person electric shock or equipment damage and seriously affect normal operation of the electric power system.This paper puts forward the solution to harmful line-broken failure at the secondary side of high voltage current transformer,which is able to restrict the secondary voltage to allowable range as line-broken happens and realize closedown to the protections which may have wrong actions after line-broken，so that to guarantee safe operation of the system.

current transformer;line-broken at secondary side;solution

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.01.023

肖繼松（1974-），男，湖北鐘祥人，工程師，1998年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)精密儀器專業(yè)，現(xiàn)從事石油地面工程建設(shè)工作。

2013-03-06