電流互感器二次開路保護(hù)裝置的應(yīng)用分析和改進(jìn)

徐惜瓊等

摘 要：本文針對(duì)不停電檢修時(shí)，在電流互感器二次回路上進(jìn)行操作可能導(dǎo)致電流互感器二次側(cè)開路的狀況，提出現(xiàn)有電流互感器二次過電壓保護(hù)器設(shè)計(jì)、運(yùn)行的缺點(diǎn)，并介紹了一種基于電流測量電流互感器二次開路預(yù)判裝置。該系統(tǒng)代替四聯(lián)短接線并接入需要短接的端子上，利用可調(diào)節(jié)電阻對(duì)電流互感器二次側(cè)電流進(jìn)行分流，通過觀察電流變化判斷二次回路是否開路。該裝置避免二次側(cè)開路的發(fā)生，提高了在電流互感器二次側(cè)工作的安全性，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：不停電檢修；電流互感器；二次側(cè)開路；預(yù)判

Abstract：In the view of uninterrupted maintenance， the operation in the secondary side of current transformer may lead to current transformer secondary side open， the shortcomings in the design、operation of traditional overvoltage relaying protection are point out， and introduces a pre-open device based on current measurement. This device can access to the terminals which needs short connect instead of four short connection， which shunt the current of the current transformer secondary side with adjustable resistance， and judge whether the secondary side is open by observing the change of current. This system can avoid open of secondary side， and improving safety of work in the secondary side， which has widely application value.

Key words：uninterrupted maintenance；current transformer；secondary side open；pre-open

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電流互感器起到了對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行隔離，使二次的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和測量儀表能夠安全準(zhǔn)確地獲取電氣一次回路電流信息的作用[1]。不停電檢修時(shí)，在電流互感器二次回路上進(jìn)行操作的項(xiàng)目有保護(hù)裝置，故障錄波器，PMU以及電度表等裝置的改造和消缺，由于工作不到位及其他原因可能會(huì)導(dǎo)致檢修部分恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，電流互感器二次側(cè)開路的發(fā)生。當(dāng)電流互感器二次回路斷開，其一次電流全部成為勵(lì)磁電流。二次側(cè)開路將造成鐵心過度飽和磁化，并在二次繞組端子間產(chǎn)生高電壓，危害很大。根據(jù)中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的《電力安全工作規(guī)程》10.13條規(guī)定：在帶電的電流互感器二次回路上工作時(shí)，禁止將電流互感器二次側(cè)開路。因此國內(nèi)外眾多廠商研制出多種專用的電流互感器保護(hù)裝置，減少事故發(fā)生造成的危害。

1 現(xiàn)有電流互感器二次開路保護(hù)裝置的應(yīng)用分析

現(xiàn)有電流互感器二次開路保護(hù)裝置大多都采用過電壓保護(hù)[2-5]，其保護(hù)原理是電流互感器正常工作時(shí)阻抗很小，接近于短路，因而不影響測量、繼電保護(hù)裝置的工作。在電流互感器開路時(shí)在二次繞組中產(chǎn)生的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行電壓，此時(shí)并接的壓敏電阻瞬間進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。由于壓敏電阻的固有特性，過電壓被有效地限制在選定值以下，進(jìn)入穩(wěn)定的短路狀態(tài)，從而徹底避免了過電壓危害。保護(hù)裝置內(nèi)部繼電器接點(diǎn)在過壓產(chǎn)生后可靠動(dòng)作并將相應(yīng)二次繞組短接，從而消除過電壓。

過電壓保護(hù)裝置的不足主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）無功補(bǔ)償裝置在切換電容器組時(shí)產(chǎn)生的異常電壓、系統(tǒng)落雷產(chǎn)生的過電壓以及變壓器勵(lì)磁涌流引起的過電壓都有可能導(dǎo)致保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)。[6]

（2）裝置動(dòng)作的時(shí)間和靈敏度使得電流互感器二次開路產(chǎn)生的高壓損壞電流互感器及回路上串聯(lián)的其他設(shè)備。

（3）裝置在事故發(fā)生之后動(dòng)作，只能減少事故發(fā)生范圍和降低程度，不能避免事故的發(fā)生。

2 基于電流測量電流互感器二次開路預(yù)判裝置

基于電流測量電流互感器二次開路預(yù)判裝置通過對(duì)電流互感器二次側(cè)電流的測量和分析，判斷二次側(cè)是否開路，起到預(yù)判的作用，避免二次側(cè)開路的發(fā)生。如圖1所示，電流互感器二次短接時(shí)短接線安裝位置通?？煞譃閮煞N：⑴裝置A改造或消缺時(shí)，在斷路器端子箱進(jìn)行短接和恢復(fù)操作。⑵裝置B改造或消缺時(shí)，在裝置A進(jìn)行短接和恢復(fù)操作。短接操作只需通過終端屏上的采樣即可判斷是否短接良好，而恢復(fù)操作由于目前沒有可靠的判斷方法，容易導(dǎo)致二次側(cè)開路的發(fā)生，現(xiàn)以第二種情況作詳細(xì)分析，利用基于電流測量預(yù)判裝置代替四聯(lián)短接線將B屏內(nèi)側(cè)各相回路，恢復(fù)操作時(shí)通過電阻的調(diào)節(jié)觀察各相回路電流變化，判斷出柜后的裝置是否開路，只要有一相電流值異常，就能準(zhǔn)確判斷出二次側(cè)開路，待查明開路原因且電流值恢復(fù)正常時(shí)再拆除預(yù)判裝置。

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

將待測的三相電流Iθ通過可調(diào)電阻進(jìn)行分流以后得到電流I'θ，并用高精度的羅氏線圈對(duì)電流進(jìn)行檢測，得到與輸入電流成正比的輸出電壓。采集電壓后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并用單片機(jī)對(duì)輸出電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，得到電流值，并用液晶顯示數(shù)值。

2.2 電流檢測單元設(shè)計(jì)

如圖3所示，該裝置的分流電阻R1采用可調(diào)電阻，通過改變可調(diào)電阻阻值實(shí)現(xiàn)不同功能。當(dāng)R1調(diào)至0歐姆時(shí)，相當(dāng)于A、N之間短路；當(dāng)阻值調(diào)至R1'時(shí)，R1'約等于端子箱到裝置B的電纜電阻與裝置A的內(nèi)阻之和；當(dāng)阻值調(diào)至R1''時(shí)，R1''的阻值約等于裝置A到裝置B的電纜電阻與裝置B的內(nèi)阻之和。通過改變分流電阻值觀察三相上通過的電流變化來判斷回路是否開路。另外電阻R的作用是使N相之間產(chǎn)生不平衡電流。

對(duì)于電阻R1'，R1''和R阻值的選定；通過對(duì)變電站電流互感器二次側(cè)負(fù)載的統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，R1'的阻值大約為0.5歐姆，R1''的阻值約為0.2歐姆，而N相不平衡電阻R的阻值是通過multisim搭建仿真電路圖仿真后確定為0。

3 測試結(jié)果與誤差分析

3.1 測試結(jié)果

將裝置并接入二次側(cè)輸出電流為1A，負(fù)載分別為0.5歐姆和0.2歐姆的電流，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻值，并測試裝置在可調(diào)電阻值分別為0.5歐姆和0.2歐姆時(shí)檢測到的電流誤差。

3.2 誤差分析

因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)精度要求等原因，可調(diào)電阻本身存在一定的誤差，不容易100%達(dá)到要求，只能是基本上做到在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因此使得分流電阻阻值不可能與負(fù)載完全相等，使得分流電流存在誤差。

4 裝置操作流程說明

短接操作時(shí)將裝置接入需要短接的端子上使各相之間短接?；謴?fù)操作時(shí)先觀察此刻的電流值，記為I。連接各相連接片，根據(jù)改造的實(shí)際情況將分流電阻值調(diào)至相應(yīng)的阻值附近并觀察電流變化，假設(shè)各相電流均發(fā)生變化，表明出柜側(cè)無開路發(fā)生且連接片可靠連接，可將預(yù)判裝置拆除。若任何一項(xiàng)電流未發(fā)生變化，表明該相連接片連接不可靠或出柜側(cè)發(fā)生開路，應(yīng)逐項(xiàng)檢查之后重新調(diào)節(jié)分流電阻，待各相電流均發(fā)生變化之后才可將裝置拆除，具體操作流程如下圖所示：

4 總結(jié)

本文介紹的電流互感器二次開路預(yù)判裝置利用可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)對(duì)電流互感器二次側(cè)電流進(jìn)行分流，通過觀察電流的變化判斷二次回路是否開路，能有效避免開路的發(fā)生。該裝置能全面防止不停電檢修時(shí)電流互感器二次側(cè)開路，使檢修操作更加安全可靠。

[參考文獻(xiàn)]

[1]國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京，中國電力出版社，2009.

[2]靳建峰，翁利民，王毅，等.CT開路保護(hù)裝置技術(shù)性能校驗(yàn)的研究[J].繼電器，2007（23）：62-65.

[3]柯迪民，吳家獻(xiàn)，李汝軍，等.電流互感器二次側(cè)開路保護(hù)器[J].中國：0229882.1，2004-02-04

[4]王川，夏維東，史濟(jì)行，等.CTB型電流互感器二次過電壓保護(hù)器[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1989，（2）.

[5]韋家旗，唐菁.電磁式電流互感器運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)應(yīng)用研究[J].電測與儀表，2010，47（1）；51-54.

[6]周啟明，陳鐵，汪強(qiáng)，徐小川.基于STM32智能CT二次開路保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)[J].電測與儀表，2012，49（56）：75-78，88.