基于電流互感器的二次回路故障智能檢測(cè)方法

孫 琪

（山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009）

0 引 言

整個(gè)電能傳輸系統(tǒng)在電力資源的產(chǎn)生、傳輸、入戶以及使用中，廣泛應(yīng)運(yùn)用電流互感器。它和各類二次系統(tǒng)儀器共同掌管著電力，監(jiān)管監(jiān)測(cè)電能資源的同時(shí)，還與各家各戶及各變電站的繼電保護(hù)器相連，達(dá)到保護(hù)運(yùn)行線路、保障電能傳輸?shù)哪康?。?shí)際工作情況下，高電壓帶來(lái)電路系統(tǒng)磨損和二次回路故障，所以需促使相關(guān)電力計(jì)量部門加強(qiáng)檢測(cè)電流互感器的二次回路故障，并做好預(yù)防措施。

1 電流互感器二次回路故障的主要內(nèi)容

1.1 兩點(diǎn)接地問(wèn)題

電流互感器出現(xiàn)兩點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致整體電路系統(tǒng)二次回路導(dǎo)入大地產(chǎn)生線路分流。一次系統(tǒng)中的電流不能被二次系統(tǒng)有效體現(xiàn)，二次系統(tǒng)無(wú)法反映一次系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，從而導(dǎo)致二次監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷和錯(cuò)誤運(yùn)行。

1.2 電路的斷路問(wèn)題

電流互感器原理線路如圖1所示，其中W1和W2分別為一次繞組和二次繞組。如果電流互感器出現(xiàn)電路斷路，二次系統(tǒng)將無(wú)法及時(shí)接收一次系統(tǒng)的電流情況，會(huì)在互感器二次端產(chǎn)生高電壓，對(duì)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅[1]。根據(jù)電流互感器能量不變定律可知，這種情況下斷路后電壓會(huì)突然增大，從而造成不可估量的嚴(yán)重后果。

圖1 電流互感器原理線路

1.3 各種電氣設(shè)備接線錯(cuò)誤問(wèn)題

一個(gè)電流互感器需連接多種電氣設(shè)備，一旦出現(xiàn)人為失誤致使電氣設(shè)備間的接線混亂，極有可能造成整體電路系統(tǒng)短路，影響整個(gè)電路系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)和人員的生命安全。

2 電流互感器故障檢測(cè)方法概述

2.1 絕緣性檢查法

斷開(kāi)被測(cè)電路系統(tǒng)的接地端，使用相適應(yīng)的絕緣電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量電路系統(tǒng)的絕緣性。這種方法不僅能快速找出電路系統(tǒng)的接地點(diǎn)，還能測(cè)試電路系統(tǒng)的絕緣性，屬于較為實(shí)用的電路檢測(cè)方法，但無(wú)法更進(jìn)一步檢測(cè)出電路系統(tǒng)潛在的其他問(wèn)題[2]。

2.2 電路直流測(cè)試法

2.2.1 歐姆表檢測(cè)法

利用歐姆表的特性，歐姆表接入電路系統(tǒng)時(shí)整個(gè)電路系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)低阻抗。此時(shí)，必須把電路二次系統(tǒng)中連接電纜的全部轉(zhuǎn)接點(diǎn)斷路，隔斷內(nèi)部電線，使相互之間不產(chǎn)生感應(yīng)作用，確保檢測(cè)工作的正常運(yùn)行。這種方法可以確認(rèn)電路的回路情況，但工序較為復(fù)雜，且無(wú)法同時(shí)檢測(cè)電路其他性能。

2.2.2 搭建電流互感器綜合檢測(cè)法

斷開(kāi)電路系統(tǒng)的連接端，實(shí)現(xiàn)電流互感器和二次回路的清晰分離，搭建測(cè)試線路測(cè)量互感器回路的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。此種方法可以較容易地測(cè)試互感器誤差和各種性能，也可推導(dǎo)出電流互感器二次系統(tǒng)的組別特性。檢測(cè)過(guò)程中可自動(dòng)檢測(cè)互感器的電流比，還可檢測(cè)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)是否有開(kāi)路或短路、變比是否正確以及二次系統(tǒng)是否存在接觸不良等。另外，測(cè)試并顯示被檢互感器的匝數(shù)補(bǔ)償值和二次繞組內(nèi)阻抗，根據(jù)測(cè)試結(jié)果推算補(bǔ)償匝數(shù)、鐵芯材料、截面大小、最大磁導(dǎo)率下的磁場(chǎng)強(qiáng)度以及儀表保安系數(shù)（FS）等。這種測(cè)試方法是一種較高效率的電流互感器系統(tǒng)的檢測(cè)方法[3]，原理是基于現(xiàn)場(chǎng)電流互感器和相應(yīng)電壓互感器的誤差相同，將被檢電流互感器當(dāng)作電壓互感器進(jìn)行檢定和朔源。電壓互感器在相當(dāng)于200%～1 000%的額定電流（電壓）下測(cè)試被檢互感器的誤差和導(dǎo)納，再通過(guò)低壓測(cè)導(dǎo)納推出在1%或5%～120%額定電流（電壓）下的誤差。這種方法適用于現(xiàn)場(chǎng)電流互感器的檢定。

2.2.3 自身極性檢測(cè)法

將一塊干電池的正負(fù)極分別接在電流互感器一次系統(tǒng)的極性端和非極性端，然后把二次回路斷路，精確測(cè)量斷路端子處的電流。根據(jù)電流互感器的特性，依次用干電池的正極與一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)進(jìn)行斷連測(cè)試，觀察電流表的指針變化，判斷電流互感器一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的極性以及互感器性能的穩(wěn)定性[4]，其中測(cè)試中的電流表為指針式機(jī)械表，如圖2所示。這里W1和W2分別為一次繞組和二次繞組。

2.3 一次系統(tǒng)通流法

研究電路系統(tǒng)中一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)磁連接的特點(diǎn)，同時(shí)檢測(cè)磁連接是否準(zhǔn)確，包括短路通地回路法和一次系統(tǒng)流通法兩種方法。

2.3.1 短路通地回路法

電路系統(tǒng)接入變壓器時(shí)，一次系統(tǒng)和變壓器連接處實(shí)施短路并接入地線，使得電源、變壓器、地線以及地表形成回路。一次系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)小于自身工作電流的短路電流時(shí)，所有的一次系統(tǒng)電氣設(shè)備和二次系統(tǒng)都會(huì)因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)產(chǎn)生微小電流。這時(shí)檢測(cè)二次系統(tǒng)中的電流方向和大小，可檢測(cè)電路系統(tǒng)的連接是否準(zhǔn)確[5]。必要時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際需求變更一次系統(tǒng)的通電情況，檢測(cè)二次回路的電路情況，從而體現(xiàn)出二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)的通電關(guān)系。這種方法實(shí)用性和效率較高，適用范圍廣，但一次回路的電流上調(diào)幅度較小，大電流的電路系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)電流互感器在二次回路的運(yùn)行情況。

圖2 極性測(cè)試法示意圖

2.3.2 一次系統(tǒng)通電法

選擇使用大容量的升流系統(tǒng)，將輸入端直接接入被測(cè)電流互感器的一側(cè)，調(diào)整升流設(shè)備，通入大電流。一般通入一次系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工作電流，此時(shí)接入電氣設(shè)備檢測(cè)二次系統(tǒng)的電流特性和大小，根據(jù)電流互感器的工作原理和工作特性，結(jié)合電路的基本理論，推測(cè)二次回路連接是否正常。與短路接地回路法不同，它可以通過(guò)增大一次系統(tǒng)中的電流檢測(cè)二次回路的通電情況，但是無(wú)法模擬有變壓器組參與的實(shí)際電路系統(tǒng)，檢測(cè)作用不佳。

3 電流互感器容易出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 電流互感器接地

根據(jù)電流互感器的工作特性，在額定電壓下正常運(yùn)作時(shí)，電流互感器中的一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)間沒(méi)有直接的電連接，只有較為安全的磁連接。所以，在電流互感器的二次端檢測(cè)電氣設(shè)備時(shí)，工作人員并不會(huì)被電路系統(tǒng)攜帶的超高壓威脅生命安全。如果電流互感器中一次系統(tǒng)的絕緣系統(tǒng)遭到損壞或磨損，會(huì)使一次系統(tǒng)的高電壓連接到二次系統(tǒng)上，影響二次系統(tǒng)中各電氣設(shè)備的性能，從而增大了工作人員接觸到超高電壓的風(fēng)險(xiǎn)。為防止此類安全隱患的產(chǎn)生，所有電流互感器都會(huì)將二次系統(tǒng)的二次線圈接入地線。它是保障電流互感器二次系統(tǒng)正常運(yùn)行和工作人員人身財(cái)產(chǎn)安全最有效的屏障。所有電路系統(tǒng)中電流互感器在投入運(yùn)行前務(wù)必加強(qiáng)檢測(cè)工作，謹(jǐn)防電流互感器二次點(diǎn)接地和一次系統(tǒng)絕緣性被破壞，一旦出現(xiàn)電路電纜損壞，需立即進(jìn)行斷電搶修。

3.2 電流互感器二次系統(tǒng)形成斷路

3.2.1 可能出現(xiàn)斷路的原因

由于電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致滑片未有效連接金屬片導(dǎo)致線路斷路。二次系統(tǒng)中端子連接不良，導(dǎo)致通過(guò)大電流時(shí)溫度過(guò)高或線路過(guò)度氧化造成斷路。戶外的電路互感系統(tǒng)由環(huán)境影響，二次系統(tǒng)中發(fā)生電纜內(nèi)芯斷裂損壞或端子生銹磨損等導(dǎo)致線路斷路[6]。

3.2.2 出現(xiàn)二次斷路造成的后果

由電流互感器的原理，得互感器產(chǎn)生的電壓與匝數(shù)的關(guān)系為：

其中，E1是電流互感器一次端產(chǎn)生的電壓，E2是二次端產(chǎn)生的電壓，W1為互感器一次端的線圈匝數(shù)，W2為二次端線圈的匝數(shù)。

電流互感器變比K為：

二次系統(tǒng)的負(fù)荷直接決定電路系統(tǒng)的輸出電壓，所以電流互感器絕對(duì)不能出現(xiàn)二次斷路現(xiàn)象。一旦斷路，根據(jù)互感器原理可知，一次系統(tǒng)的電流全部轉(zhuǎn)變成勵(lì)磁電流，增加到原始工作電流的幾百甚至幾千倍，二次產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)電壓也能達(dá)到幾千伏，鐵芯的磁通量會(huì)急劇增加，導(dǎo)致電流互感器溫度升高，可能會(huì)起火燒壞電路。此外，二次系統(tǒng)斷路，回路上的繼電保護(hù)設(shè)備會(huì)因沒(méi)有電流而無(wú)法工作，且斷路產(chǎn)生的不平衡電流還可能影響差動(dòng)保護(hù)和零序保護(hù)。所有二次系統(tǒng)斷路都有可能引發(fā)電路系統(tǒng)內(nèi)部的溫度升高甚至著火，導(dǎo)致線路絕緣體發(fā)生擊穿，造成單項(xiàng)電路接地等安全問(wèn)題。

3.2.3 電流互感器不滿足精度要求

電流互感器不滿足精度要求一般是外接負(fù)荷不合適引起的，必須重新檢查一次連接和二次連接導(dǎo)線的接觸是否良好，檢查截面積的大小，否則會(huì)影響關(guān)口表計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 結(jié) 論

電流互感器是電能傳輸系統(tǒng)二次回路上至關(guān)重要的電氣設(shè)備，起到保護(hù)電路的作用，同時(shí)向繼電保護(hù)系統(tǒng)提供信號(hào)，測(cè)量電流等參數(shù)，保證電能傳輸工作有序運(yùn)行。綜上所述，檢測(cè)電路系統(tǒng)中電流互感器的二次系統(tǒng)回路，應(yīng)該依據(jù)被測(cè)電路系統(tǒng)的實(shí)際情況、電流互感器的工作原理和特性以及線路上其他電氣設(shè)備的連接進(jìn)行調(diào)整。技術(shù)人員根據(jù)被測(cè)電路和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境靈活變通，結(jié)合運(yùn)用多種檢測(cè)手段培養(yǎng)強(qiáng)烈的工作責(zé)任心，與企業(yè)、電力公司等相關(guān)部門聯(lián)合，增加設(shè)備監(jiān)管巡查力度，排查安全隱患和電路故障，嚴(yán)防電能傳輸系統(tǒng)二次回路可能出現(xiàn)的一切問(wèn)題，在保證電路和人身安全的前提下，高效率、高質(zhì)量地完成檢測(cè)工作。