零序CT和消弧线圈装置的实际运用

文/白海斌

1 使用一个零序CT的情况

在线路正常运行时三相电压对称，线路产生的对地电容电流大小相等，相位相差120°，在相位上每相电容电流超前对应相电压90°，所以Io=Iao+Ibo+Ico=0A；当三相对地电容电流不平衡时（接地故障或短路故障），零序CT就会感应出一个零序电流Io。在正常运行时，由于负载的不平衡产生不平衡电流，这个不平衡电流较小，不会有相位上的90°差值，不会误动作或发报警。

当变压器中性点不接地时，如果A相发生接地故障，那么B相和C相对地相电压将升高至线电压Ub’和Uc’，A相对地电压为零，可以推导出Ub’和Uc’之间的夹角是60°。那么B相和C相的对地电容电流会增大√3倍为Ib’和Ic’,Ib’超前Ub’90°，Ic’超前Uc’90°，可以得知Ia=—√3 Ib’= —√3Ic’，Ib’=√3Ibo；所以Ia=—3Ibo=—3Ico，单回路系统发生单相接地故障时，接地点电容电流是每相正常电容电流的3倍，A相的故障电流滞后电压90°。这时零序CT检测到的零序电流Io=Ia+In(In为三相不平衡电流)，但是三相电压仍然保持平衡，In=0，Io=Ia= Ib’+ Ic’，如果是多回路系统发生单相接地故障，接地电流就是所有非故障线路对地电容电流之和，线路越多产生的接地电流越大。

2 使用两个零序CT的情况

我厂6KV系统某些开关柜馈出电缆每相有两根，分成两组A、B、C分别穿过两个零序CT（CT1和CT2），然后将两CT二次回路通过并联的方式接入微机保护器。如果CT2的C相发生了接地，流入接地点的电流为其他非故障线路的对地电容电流，所以C点电流Ic=（Ia1+Ib1）I回线+（Ia2+Ib2）II+…….回线，这时C点的电流Ic就不单单只流向CT2形成回路，它也会经过CT1与非故障线路对地电容形成电流回路，因为两个CT是同型号互感器，那么它们的阻抗值相等，如果不计线路阻抗，经过两个CT零序电流大小相等Io2=Io1=Ic／2，方向相同（由线路流向母线），再除以变比n就可以得到二次侧的电流值Io，将CT二次回路串联再接入保护器，那么接入保护器的电流Io= Ic／2n；如果将二次并联，根据基尔霍夫电流定律Io=（Io2+Io1）／n=Ic／n；可以得出结论，将馈线电缆的零序CT二次并联才能真实的体现出零序接地电流值，如果要串联使用就要对综保的参数进行重新的设定。

零序CT变比较多为50/1的，50匝的线圈阻抗相对绝缘测试上的线圈阻抗还是比较大的，如串联，一个CT的二次对另一个CT的二次是一个较大的阻抗。要依靠零序电流来判别接地故障，重点要克服的是零序电流故障状态下都比较小的问题，要提高灵敏度，就必须让零序CT二次侧并联后送入测控装置。我们单位是并联，规程上确实说是串联。在其中一个零序CT一次通电流校验，发现二次回路并无无分流现象；在两个零序CT中都通入电流,微机综保中的采样值为两个零序CT的输出之和，在一个零序CT中通大一点电流,另一个零序CT中通小一点电流，只要两个电流和不变，采样结果就一样。

3 电缆金属保护层接地线穿过零序CT接地

我厂电缆金属保护层的接地线都是穿过零序CT后才接地，为什么需要穿过零序CT接地？电缆的金属铠甲和线芯形成了电容，在电缆通电时就会存在一些电容电流或者感应电流等，这些电流就可能使电缆发热，或者对其他设备带来危害，所以将金属铠甲接地来释放这些电流，将接地线穿过CT就是为了使这些在正常运行时产生的杂散电流不影响CT的正确判断。

假设在正常情况下金属铠甲与线芯产生的电容电流为Ia1，它经过CT后通过接地线流入大地，接地线穿过CT在进行接地，这时Ia2=—Ia1，那么感应出的零序电流为零，如果不经过CT直接将接地线从外部接地，那么产生的电容电流不能平衡，零序CT将感应出电流，这时零序CT二次感应出的零序电流并不准确，影响CT判断的准确性。如果零序CT接在电缆头上面，这时接地线就不用穿过零序CT可以直接接地。

4 我厂6kV不接地系统加装消弧线圈装置接地

我厂二期总变6kV母线带的馈出回路很多，电缆线路也较长，电力设计院进行电容电流测量：Ⅰ段母线电容电流55.818(A)，Ⅱ段母线6kV系统电容电流72.47A。

二期总变6kV系统在2015年时在两端母线上分别增加了消弧线圈接地补偿柜（称为小电流接地系统）。

我厂采用的是调容式电感线圈进行补偿,其原理是在消弧线圈的二次侧接上可调式电容器组，用于补偿控制消弧线圈产生的电感电流，从而调节消弧线圈的电感电流对接地电容电流的补偿量，我们使用的是真空开关控制电容器组的投入与退出，用5个真空开关控制5组电容器，这样电容容抗的输出就有多种组合方式（32种），满足调节范围和精度的要求。

当A相发生单相接地时，接地点Rd两端将产生零序电压Ud= -Ua，流过A相接地点的电流经故障点流向母线。这时消弧线圈两端电压等于Rd两端的零序电压Ud，消弧装置将检测到零序电流Io。这时消弧线圈产生一个与零序电流大小相等的电感电流-Io，由电感线圈流向母线。这样A相母线中流过的故障电流被完全补偿，从而减小接地故障点电流（小于10A），达到保护线路的目的。所以，我们应该有效控制消弧装置产生的补偿电流，按照产生的故障电流进行合理的补偿（我厂采用接近于全补偿的欠补偿），达到最佳的补偿效果。

5 在消弧线圈装置内加中电阻

为了进行准确的查找接地故障线路，后期我厂在二期总变6kV系统消弧线圈本体柜内加入中间电阻器，其目的是提高PK消弧线圈控制屏能精确的找出故障线路并发出报警。当发生接地故障时中电阻在1S内投入工作进行选线，这时就会在接地点与中电阻间形成回路，产生一个有功电流，而有功电流不会被电感线圈补偿，控制屏进行选线就更加容易和准确。

消弧线圈产生的电感电流和接地电容电流方向是相反的，角度相差180°，这样就能对接地电容电流进行补偿。PK屏内的消弧线圈自动调谐控制器检测到零序电流的大小和方向，通过内部程序进行计算分析，发出调容指令，使真空开关动作控制消弧线圈二次电容器组，从而控制消弧线圈输出的电感电流。

由于接地相电压较大，二期总变安装的中电阻阻值为88欧，流过电阻的电流Ir值较大，电阻将产生大量的热量，会烧坏电阻器，所以中电阻采用的是散热性较好的电阻片。为了避免长时间投入中电阻，烧坏电阻器，所以电阻器投入回路的时间设置的比较短暂（设置1S），只要控制器判断出故障线路，应立刻切断中电阻回路。中电阻投入时间超过3秒将发出报警。在判断出故障线路后，中电阻回路断开，在1min中内禁止再次投入中电阻。在进行运行前试验时，中电阻的投入、切除都能按设定时间实现其功能，在其中一馈线A相加入零序电压21V模拟接地试验，中电阻不投入。在其中一馈线加入零序电压21V，零序电流0.01A，调档成功，中电阻投入成功。控制器内配置选线延时3S，在控制器发接地报警3S后投入中电阻，控制器将判定接地故障为永久性接地故障。线路发生单相接地故障，控制器最短时间发出接地报警信号为70～80ms。试验完成后正式将消弧线圈装置投入运行。

6 结束语

在电力系统中，零序电流互感器的运用非常广泛，它实现了一次系统运行电流与二次保护、测量、监控等设备的数据对接。只有充分的掌握CT的工作原理，分析其串并联使用时的区别，综合配套设施的实际情况采取正确的接线方式，才能准确的将一次运行电流值正确的反应到二次设备，执行机构发出准确的报警信号或动作信号，保证电力系统的可靠、稳定运行。