选择CT 开路保护装置应注意的几个关键问题

靳建峰，翁利民，王 毅，孙宝华，安建生，兰增林

（1.郑州电力高等专科学校，河南 郑州450004 ；2.中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉430223 ；3.新乡供电公司，河南 新乡453002）

0 引 言

CT（电流互感器）二次开路保护对于电力系统而言，是一种新型的保护。近年来，人们设计研制出多种形式CT 二次开路保护装置，并在实际工作中得到应用［1］。装设该装置的初衷是：及时消除对电力系统的安全、可靠运行带来经济损失和安全隐患，提高运行、检修人员排除开路故障的工作效率。然而，当前尚无统一的国际、国家标准，使得设计人员选择该装置时存在很大的随意性，致使一些产品运行效果不尽人意，如：动作不可靠（存在误动或拒动情况）、灵敏度低、影响测量、计量仪表的精度以及影响继电保护装置的正常工作等问题。故本文主要从动作的可靠性来规范选择CT 二次开路保护装置，以供同行参考。

1 CT 二次开路所产生过电压的特殊性［2］

CT 二次绕组开路时，其次级绕组两端的电压具有以下特点：

（1）波形为尖峰状；

（2）开路所产生的过电压在每个半周波持续的时间短；

（3）峰值电压高。测量CT 二次绕组开路电压波形如图1 所示。图1 中采用变比50／5 ，采样分压电阻R1、R2分别为40 MΩ和10 MΩ，所用示波器输入电阻为50 MΩ，示波器探头衰减10 倍。

在CT 原边输入电流2 A，副边接近开路的情况下，实测电压波形如图1 所示。峰值电压的大小为：UM＝200mV／div×3div×10×（40×106／104）＝24 000 V

（4）内阻大。通过试验发现，开路电压的波形及其尖峰值大小与取样电阻阻值的变化，有着非常敏感的特点，即在一次绕组通过的电流大于CT 标称励磁电流且取样电阻大到一定程度（出现尖峰状）后，取样电阻越大，波形越尖，峰值越高。反之，波形尖的程度越不突出，峰值下降越多。

图1 CT 副边开路副边电压波形

2 选择二次开路保护装置应注意事项

2.1 CT 二次开路保护装置具有很高的输入阻抗

要求开路保护装置具有较大的输入电阻，尽可能体现CT 开路在次级绕组两端开路电压的特性，否则极易改变原有的开路电路模型，且大幅度衰减其幅值，以至于降低保护装置的灵敏度。同时对CT 的电流型负载也有较大的分流作用，将导致计量、测量装置误差增大等问题。所以开路保护装置输入电阻是灵敏性能的一个重要指标。

2.2 CT 二次开路保护装置动作值要高

CT 开路与否，其二次绕组两端电压有质的区别。当CT 二次绕组开路正常时，正常运行电压仅几伏特，即使发生严重地一次系统短路，也不过近百伏特；而当CT 二次绕组开路时，由于正常的工作电流全部变为励磁电流，将在CT 二次侧感应出峰值为几千伏甚至十几万伏的过电压。因此，对于具有较高的输入阻抗的CT 二次开路保护装置而言，动作值（数百伏特）要高，既不会对其灵敏度产生多大的副作用，又提高了工作的可靠性。

2.3 CT 二次开路保护装置动作值应取峰值

由于CT 二次开路所产生过电压的波形为尖峰状，因此CT 二次开路保护装置动作值应取峰值，而非正弦工频电压的有效值。

3 CT 二次开路保护装置的动作电压计算方法

装设该装置的原则是可靠动作。即电力系统正常运行及一次系统发生短路时不误动［3］，CT 二次开路时不拒动。

由于目前的CT 二次开路保护装置［4 ～8］均并接于CT 二次绕组两端，且其动作值均与开路电压峰值有直接关系，为了保证动作的的可靠性，要求其动作值应大于电力系统一次系统短路在其二次回路产生的电压最大峰值。即不影响设备主保护的正常动作。以下仅对防止CT 二次开路保护装置误动的选择原则逐一论述。

3.1 输、配电线路

在输、配电线路的电流互感器（CT）的二次绕组，安装CT 开路保护装置时，其动作电压选择如下：

（1）测量、计量、相间短路保护对应CT 开路保护装置动作电压计算方法［9］：

式中，Udz为 CT 二次开路保护装置动作值；Kk.CT为CT二次开路保护装置可靠系数；为输电线路Ⅰ段（主保护）一次动作电流；ZJ为CT 二次回路综合阻抗；nCT为CT 电流变比；为输电线路Ⅰ段（主保护）装置的动作可靠系数；ID.B.max为最大运行方式下，被保护线路末端发生金属性三相短路时，流过保护的最大短路电流。

（2）中性点直接接地系统的零序电流保护，安装CT 开路保护装置时，其动作电压计算方法［11］：

以下三种情况取其最大值：

a.躲过被保护线路末端单相或两相接地短路时，流过保护的最大零序电流3I0.max在其二次回路产生的电压峰值。

式中，Udz.0为零序 CT 二次开路保护装置动作值；Kk.CT为CT 二次开路保护装置可靠系数；为输电线路零序Ⅰ段（主保护）一次动作电流；ZJ为零序CT 二次回路综合阻抗；n0.CT为零序 CT 电流变比；Kk为输电线路零序Ⅰ段装置的动作可靠系数；I0.max为被保护线路末端单相或两相接地短路时，流过保护的最大零序电流。

b.躲过断路器三相触头不同时合闸时，流过保护的最大零序电流3I0.bt在其二次回路产生的电压峰值。式中 ，II0.DZ为零 序Ⅰ 段 保 护 一 次 动 作 电 流 ；I0.bt为 断 路器三相触头不同时合闸时，流过保护的最大零序电流；Udz.0为被保护线路末端单相或两相接地短路时，流过保护的最大零序电流3I0.max在其二次回路产生的电压峰值。

c.当被保护线路采用单相自动重合闸时，还应躲过单相重合闸过程中出现非全相振荡时的零序电流在其二次回路产生的电压峰值。

式中，I0.zhd为非全相振荡时的零序电流。

3.2 变压器

在变压器的电流互感器（CT）的二次绕组，安装CT 开路保护装置时，其零序回路动作电压计算方法可参照输、配电线路执行，而差动回路动作电压计算方法［9］如下：

以下取最大值：

（1）应大于变压器励磁涌流在其二次回路产生的电压最大峰值。

在变压器空载投入或外部故障切除后，电压恢复时的励磁电流很大，其值可达额定电流的5 ～10倍［10］。

在外部故障切除过程中，由于TA 局部暂态饱和引起的相位移，故障中的短路电流非周期分量造成了TA中的磁链的累积，引起切除后转变工频负荷电流的相位移和幅值差，造成CT 两端过电压的产生［11］。

式中，Ilcy为变压器励磁涌流。

（2）躲过变压器各侧外部短路时的最大短路电流在CT 二次回路产生的电压峰值。

3.3 正确显示CT 二次侧工作状态

CT 开路时能就地正确显示“开路”的组别及绕组的编号，以便及时了解CT 的运行状态，为快速消除开路情况提供有利的条件。

4 结束语

笔者根据用户的要求，对所安装CTJW—ⅡCT开路保护装置进行了二次动作电压计算、整定，正常运行多年无一误动或拒动。

CT 开路保护装置的正确选择涉及到电力系统的安全运行及经营效益。合格的CT 开路保护装置，可及时消除对电力系统的安全隐患，提高了运行、检修人员排除开路故障的工作效率。

［1］雷雨生，姚跃明.CTB 型电流互感器二次开路保护器在贵溪电厂的应用 ［J ］.江西电力，1991 ，15（5）：4－5.

［2］靳建峰，翁利民，冯玉东，等，评价三种CT 二次开路保护装置 ［J ］.继电器（RELAY），2008 ，36（6）：73－78.

［3］靳建峰，翁利民，扈艳玲，等，一种新型的电流互感器开路保护装置［J ］.电力电容器（Power Capacitor ），2005 ，（1 ）：6－10.

［4］郑 辉.一种新颖的电流互感器开路运行预防保护装置［J ］.三明师专学报，2000 ，（1）：17－20.

［5］向 华.电流互感器开路保护装置［P］.中国专利：89216913.3.1991－04－03.

［6］聂光启，龚 庆，李 伟，等.交流电流互感器开路保护器［P］.中国专利：87 2 03813.1988－05－04.

［7］柯迪民，吴家献，李汝军等.电流互感器二次测开路保护器［P］.中国专利：0229882.1.2004－02－04.

［8］靳建峰.高灵敏度CT 开路保护装置［P］.中国专利：ZL200420010869.6.2005－08－03.

［9］王维俭主编.电力系统继电保护基本原理［M］.北京：清华 大 学 出 版 社 ，1991.

［10］贺家李编.电力系统继电保护 ［M］.北京：水利电力出版社，1994.

［11］郑文杰，谭卓强，陈 斌，等.恢复性涌流对变压器差动保护的影响 ［J ］.电网与清清能源，2009 ，25（10）：25－28.