電流互感器二次側(cè)開路故障分析及應(yīng)對措施

周博 張秋慧

【摘 要】由于電流互感器開路產(chǎn)生的高電壓會對人身和電網(wǎng)設(shè)備帶來危害和安全隱患，論文針對這種現(xiàn)象的產(chǎn)生進行分析，并對此提出相應(yīng)的預(yù)防和處理方法。將故障控制在最小范圍內(nèi)，減小損失，達到電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行的最終目的。

【Abstract】The high voltage caused by the open circuit of the current transformer will bring harm and hidden danger to the person and the power network equipment. This paper analyzes the emergence of this phenomenon， and puts forward the corresponding prevention and treatment methods.The fault is controlled in the minimum range，the loss is reduced， and the ultimate goal of stable and safe operation of the power network is achieved.

【關(guān)鍵詞】電流互感器；開路；安全隱患；處理

【Keywords】 current transformer； open circuit； safety hazard ； handle

【中圖分類號】TM452 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）05-0129-02

1 電流互感器工作原理

電流互感器的原理與變壓器相同，是基于電磁感應(yīng)原理而設(shè)計的。電流互感器由一次繞組、二次繞組、鐵芯、一二次接線端子、絕緣支柱體組成（如圖1所示）。鐵芯與變壓器相同，是由硅鋼片疊制而成，電流互感器的一次繞組匝數(shù)很少，一次繞組串聯(lián)于電力系統(tǒng)的一次設(shè)備之中，因此它能夠通過一次設(shè)備運行中的全部電流。電流互感器的二次繞組匝數(shù)一般較多，二次繞組通過電纜接入繼電保護裝置、測量裝置及計量設(shè)備中。若忽略勵磁損耗，一次線圈與二次線圈有相同的安匝數(shù)[1]。電流互感器在正常工作時，其二次回路始終應(yīng)該處于閉合狀態(tài)。

2 電流互感器開路運行的危害

2.1開路運行分析

電流互感器的一次繞組匝數(shù)較少，一般只有一匝或者幾匝，它的一次繞組串接至需要測量的電力系統(tǒng)一次設(shè)備之中，流過被測一次電流。此時，流過電流互感器一次繞組的電流與雙繞組變壓器正常運行時所流過的電流不同，雙繞組變壓器的一次側(cè)電流與二次負載有關(guān)，而電流互感器的一次側(cè)電流與相應(yīng)一次設(shè)備所流過的電流一致。電流互感器二次側(cè)繞組的匝數(shù)比較多，它與繼電保護裝置、測控裝置、計量表回路串聯(lián)形成閉合回路，電流互感器在正常工作狀態(tài)中可以認為其工作于短路狀態(tài)。這是因為一次側(cè)繞組電流I1只取決于一次設(shè)備的運行狀態(tài)，不隨二次側(cè)電流I2的變化而發(fā)生改變，I2的數(shù)值大小只由電力負荷阻抗、線路阻抗及電源電壓決定，并且二次側(cè)所接繼電保護裝置、測量裝置、計量儀表的電流線圈阻抗很小。正常工作時一次繞組電流I1產(chǎn)生的磁動勢I1N1（F1）僅有很小一部分產(chǎn)生空載磁動勢，二次繞組電流I2所產(chǎn)生的磁動勢I2N2（F2）對一次繞組所產(chǎn)生的磁動勢F1有去磁作用，因此合成磁動勢F0及鐵芯的合成磁通Φ數(shù)值都不大，這就使得二次繞組的感應(yīng)磁動勢e2的數(shù)值不大，一般不超過幾十伏。

電流互感器在正常工作時，根據(jù)磁動勢平衡的關(guān)系可以得出N1I1+N2I2=N1I0，一、二次電流相位相反，因此N1I1和N2I2互相抵消一大部分，鐵芯的剩余磁動勢是勵磁磁動勢，當二次回路開路時，二次去磁動勢等于零。根據(jù)磁動勢平衡原理，這時的勵磁磁動勢迅速增加，電流互感器的一次電流全部用于鐵芯的勵磁，于是鐵芯中磁感應(yīng)強度隨之迅速增加，鐵芯達到磁飽和。鐵芯的飽和造成隨時間變化的磁通Φ的波形由正常運行時的正弦波變?yōu)轱柡蜁r的平頂波。在磁通迅速發(fā)生變化的過程中，開路的二次繞組內(nèi)將感應(yīng)出電壓很高的尖頂波電動勢e2，其峰值可達數(shù)千伏甚至更高，這種高電壓對于運行及檢修人的人身安全存在極大的威脅，對繼電保護等二次裝置也是極其危險的。

2.2電流互感器二次開路產(chǎn)生的現(xiàn)象和危害

①電流互感器開路時，由于交變的磁通在二次側(cè)將感應(yīng)出很高的電壓，高電壓可能會使電流互感器二次回路元件接線端子、二次接線柱等處產(chǎn)生火花，高電壓傳導(dǎo)到二次繞組和二次電路中，從而導(dǎo)致一、二次繞組間的絕緣被擊穿。②繼電保護裝置、測量裝置、計量儀表指示異常。上述設(shè)備的電流二次回路開路，會使相應(yīng)設(shè)備的電流采樣元件所采電流指示不一致、功率表指示降低、計量表計轉(zhuǎn)速緩慢或不轉(zhuǎn)。如相關(guān)裝置的電流指示時有時無，則二次回路可能處于接觸不良的狀態(tài)中。③電流互感器本體出現(xiàn)無噪聲，嚴重發(fā)熱、冒煙，振動不均勻等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在一次系統(tǒng)的負荷較小時表現(xiàn)并不明顯。當開路時因磁通的非正弦型和磁通密度的迅速增加，硅鋼片振動力迅速增大，這會產(chǎn)生很大的噪音。④電力系統(tǒng)繼電保護相關(guān)裝置冒煙燒壞。電力系統(tǒng)繼電保護裝置的電流采樣元件燒壞會使電流互感器二次開路。 電能計量表計、保護裝置的采樣元件在燒壞后，不僅會使電流互感器二次開路，同時也可能造成電壓互感器二次短路。⑤電流互感器開路時導(dǎo)致繼電保護裝置因無電流而不能正確反映故障，對于零序保護和差動保護，則可能因開路時產(chǎn)生的不平衡電流而發(fā)生誤動。⑥二次回路開路時磁路的嚴重飽和會使得鐵芯發(fā)熱嚴重，若不能及時發(fā)現(xiàn)并進行正確的處理，會使電流互感器燒毀，并容易引起電纜著火。

3 電流互感器二次回路開路的產(chǎn)生原因

①由于交流電流回路中的接線端子排的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)存在缺陷，在運行中發(fā)生底板螺孔與旋轉(zhuǎn)螺桿接觸不良，造成電流互感器二次回路的開路。如旋鈕式電流端子由于試驗端子壓板的膠木過長，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)端子金屬片誤壓在膠木套上，未壓在壓板的金屬片上而導(dǎo)致開路；內(nèi)部彈簧式的電流端子由于彈簧損壞，旋轉(zhuǎn)螺桿與底版接觸不上等。②施工安裝人員工作中的失誤，如接線錯誤、做安全措施時打開的線頭忘記恢復(fù)，在送電前未進行電流互感器二次側(cè)是否開路的檢查。③在二次線端子接頭在施工過程中壓接不牢固，當回路中通過的電流很大時，可能會發(fā)生螺桿與銅板接觸不良、發(fā)熱燒斷、氧化過甚甚至造成二次回路的開路。④室外端子箱、電流互感器本體接線盒受潮，端子螺絲或墊片銹蝕過于嚴重，造成接觸不良，最終形成開路。⑤繼電保護裝置的電流回路短接片在保護調(diào)試的過程中被打開，但在工作結(jié)束后和檢查現(xiàn)場時未仔細確認短接片是否已連接好或恢復(fù)，導(dǎo)致開路。

4 應(yīng)對措施

①首先要分辨出哪一組電流回路發(fā)生開路，需要判斷此組電流的斷開對保護有無影響，其二次回路的斷開是否會使得保護發(fā)生誤動。尤其是用于母差保護的電流互感器，當出現(xiàn)打火等電流互感器二次回路開路的現(xiàn)象時，應(yīng)立即向有關(guān)部門申請將其退出，然后根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取相應(yīng)措施。②運行中如需檢修、校驗保護裝置、測量裝置及計量儀表時，必須先將電流互感器二次回路有效短接，再斷開該設(shè)備，電流互感器的二次回路不允許裝設(shè)熔斷器。③在短接電流互感器二次回路前應(yīng)盡可能減少一次電流， 降低危險性。當電流互感器內(nèi)部出現(xiàn)冒煙、放電、異響等現(xiàn)象時， 應(yīng)立即轉(zhuǎn)移負荷， 切斷電源后進行檢查和處理，如有旁路，可將線路轉(zhuǎn)為旁路供電，提高供電的可靠性。④當電流互感器二次開路需要短接時，應(yīng)在開路打火處就近的二次端子上進行，封好開路的電流互感器二次回路后，再檢查處理開路點。短接時應(yīng)使用專用短路連片或短路線，短路應(yīng)妥善可靠，禁止采用一般導(dǎo)線纏繞。⑤根據(jù)短接后出現(xiàn)的現(xiàn)象判斷短接是否已經(jīng)奏效。若短接時有火花， 則說明短接有效。 可以認為故障點在短接點以下。

5 結(jié)語

電流互感器二次側(cè)開路是電力系統(tǒng)運行中最危險的故障之一。正確的預(yù)防和處理也就非常必要，將故障控制在最小范圍內(nèi)，減小損失，達到電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行的最終目的。

【參考文獻】

【1】胡慶春.電流互感器二次側(cè)開路故障分析[J].電力大數(shù)據(jù)，2017，20（11）：6-7+5.