电流互感器二次开路保护装置的应用分析和改进

徐惜琼等

摘 要：本文针对不停电检修时，在电流互感器二次回路上进行操作可能导致电流互感器二次侧开路的状况，提出现有电流互感器二次过电压保护器设计、运行的缺点，并介绍了一种基于电流测量电流互感器二次开路预判装置。该系统代替四联短接线并接入需要短接的端子上，利用可调节电阻对电流互感器二次侧电流进行分流，通过观察电流变化判断二次回路是否开路。该装置避免二次侧开路的发生，提高了在电流互感器二次侧工作的安全性，具有广泛的应用价值。

关键词：不停电检修；电流互感器；二次侧开路；预判

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

在電力系统运行中，电流互感器起到了对一次系统进行隔离，使二次的继电保护、自动装置和测量仪表能够安全准确地获取电气一次回路电流信息的作用[1]。不停电检修时，在电流互感器二次回路上进行操作的项目有保护装置，故障录波器，PMU以及电度表等装置的改造和消缺，由于工作不到位及其他原因可能会导致检修部分恢复运行时，电流互感器二次侧开路的发生。当电流互感器二次回路断开，其一次电流全部成为励磁电流。二次侧开路将造成铁心过度饱和磁化，并在二次绕组端子间产生高电压，危害很大。根据中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会发布的《电力安全工作规程》10.13条规定：在带电的电流互感器二次回路上工作时，禁止将电流互感器二次侧开路。因此国内外众多厂商研制出多种专用的电流互感器保护装置，减少事故发生造成的危害。

1 现有电流互感器二次开路保护装置的应用分析

现有电流互感器二次开路保护装置大多都采用过电压保护[2-5]，其保护原理是电流互感器正常工作时阻抗很小，接近于短路，因而不影响测量、继电保护装置的工作。在电流互感器开路时在二次绕组中产生的电压远远高于正常运行电压，此时并接的压敏电阻瞬间进入导通状态。由于压敏电阻的固有特性，过电压被有效地限制在选定值以下，进入稳定的短路状态，从而彻底避免了过电压危害。保护装置内部继电器接点在过压产生后可靠动作并将相应二次绕组短接，从而消除过电压。

过电压保护装置的不足主要表现在以下几个方面：

（1）无功补偿装置在切换电容器组时产生的异常电压、系统落雷产生的过电压以及变压器励磁涌流引起的过电压都有可能导致保护装置发生误动。[6]

（2）装置动作的时间和灵敏度使得电流互感器二次开路产生的高压损坏电流互感器及回路上串联的其他设备。

（3）装置在事故发生之后动作，只能减少事故发生范围和降低程度，不能避免事故的发生。

2 基于电流测量电流互感器二次开路预判装置

基于电流测量电流互感器二次开路预判装置通过对电流互感器二次侧电流的测量和分析，判断二次侧是否开路，起到预判的作用，避免二次侧开路的发生。如图1所示，电流互感器二次短接时短接线安装位置通常可分为两种：⑴装置A改造或消缺时，在断路器端子箱进行短接和恢复操作。⑵装置B改造或消缺时，在装置A进行短接和恢复操作。短接操作只需通过终端屏上的采样即可判断是否短接良好，而恢复操作由于目前没有可靠的判断方法，容易导致二次侧开路的发生，现以第二种情况作详细分析，利用基于电流测量预判装置代替四联短接线将B屏内侧各相回路，恢复操作时通过电阻的调节观察各相回路电流变化，判断出柜后的装置是否开路，只要有一相电流值异常，就能准确判断出二次侧开路，待查明开路原因且电流值恢复正常时再拆除预判装置。

2.1 总体设计方案

将待测的三相电流Iθ通过可调电阻进行分流以后得到电流I'θ，并用高精度的罗氏线圈对电流进行检测，得到与输入电流成正比的输出电压。采集电压后进行模数转换，并用单片机对输出电压进行转换处理，得到电流值，并用液晶显示数值。

2.2 电流检测单元设计

如图3所示，该装置的分流电阻R1采用可调电阻，通过改变可调电阻阻值实现不同功能。当R1调至0欧姆时，相当于A、N之间短路；当阻值调至R1'时，R1'约等于端子箱到装置B的电缆电阻与装置A的内阻之和；当阻值调至R1''时，R1''的阻值约等于装置A到装置B的电缆电阻与装置B的内阻之和。通过改变分流电阻值观察三相上通过的电流变化来判断回路是否开路。另外电阻R的作用是使N相之间产生不平衡电流。

对于电阻R1'，R1''和R阻值的选定；通过对变电站电流互感器二次侧负载的统计分析后发现，R1'的阻值大约为0.5欧姆，R1''的阻值约为0.2欧姆，而N相不平衡电阻R的阻值是通过multisim搭建仿真电路图仿真后确定为0。

3 测试结果与误差分析

3.1 测试结果

将装置并接入二次侧输出电流为1A，负载分别为0.5欧姆和0.2欧姆的电流，调节可调电阻值，并测试装置在可调电阻值分别為0.5欧姆和0.2欧姆时检测到的电流误差。

3.2 误差分析

因为实际结构与设计精度要求等原因，可调电阻本身存在一定的误差，不容易100%达到要求，只能是基本上做到在允许范围内调节，因此使得分流电阻阻值不可能与负载完全相等，使得分流电流存在误差。

4 装置操作流程说明

短接操作时将装置接入需要短接的端子上使各相之间短接。恢复操作时先观察此刻的电流值，记为I。连接各相连接片，根据改造的实际情况将分流电阻值调至相应的阻值附近并观察电流变化，假设各相电流均发生变化，表明出柜侧无开路发生且连接片可靠连接，可将预判装置拆除。若任何一项电流未发生变化，表明该相连接片连接不可靠或出柜侧发生开路，应逐项检查之后重新调节分流电阻，待各相电流均发生变化之后才可将装置拆除，具体操作流程如下图所示：

4 总结

本文介绍的电流互感器二次开路预判装置利用可调电阻的调节对电流互感器二次侧电流进行分流，通过观察电流的变化判断二次回路是否开路，能有效避免开路的发生。该装置能全面防止不停电检修时电流互感器二次侧开路，使检修操作更加安全可靠。

[参考文献]

[1]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京，中国电力出版社，2009.

[2]靳建峰，翁利民，王毅，等.CT开路保护装置技术性能校验的研究[J].继电器，2007（23）：62-65.

[3]柯迪民，吴家献，李汝军，等.电流互感器二次侧开路保护器[J].中国：0229882.1，2004-02-04

[4]王川，夏维东，史济行，等.CTB型电流互感器二次过电压保护器[J].电力系统自动化，1989，（2）.

[5]韦家旗，唐菁.电磁式电流互感器运行状态评价应用研究[J].电测与仪表，2010，47（1）；51-54.

[6]周启明，陈铁，汪强，徐小川.基于STM32智能CT二次开路保护装置的设计[J].电测与仪表，2012，49（56）：75-78，88.