500 kV电流互感器例行试验对二次电流回路的影响分析

刘怀宇，徐 鹏，陈 昊，张海华

（国网江苏省电力有限公司超高压分公司，江苏 南京 211102）

0 引言

随着电能的需求量不断增加，变电站的数量逐年递增。伴随着智能运检技术及其相关领域研究的开展［1-8］，一次设备相关技术的研究也在不断深入［9-15］，其中承担着一次电流传变为二次电流任务的电流互感器（Circuit Transformer，CT）相关研究随之推进［15-26］。CT性能直接关系到继电保护装置动作的正确性，定期对CT 开展例行试验，是提高其可靠性的有效手段，长期以来是变电检修专业关注的重点［15-27］。

文献［15］-文献［16］研究了电流互感器的二次回路；文献［17］-文献［19］研究了电流互感器二次回路典型缺陷故障的影响情况；文献［20］-文献［24］研究了电流互感器饱和问题；文献［23］-文献［26］研究了保护用电流互感器传变特性。由于CT 例行试验和二次回路在专业上分属电气试验专业和继电保护专业，相关技术问题长期在各自的专业范围内讨论，在此背景下，尚无文献系统讨论电流互感器例行试验对二次电流回路的影响。

目前在500 kV变电站进行变电检修过程中，在一次作业人员开展CT例行试验前，需要二次作业人员在例行试验CT 的端子箱将CT 所有次级的电流回路断开，一次作业人员方可开展试验，并在试验过程中在CT二次侧（户外敞开式CT在接线盒处，GIS或HGIS在CT 端子箱根部侧端子排）所有次级短接接地，关于此短接处统一称为CT根部。本文将以500 kV油浸倒立式电流互感器为例，在二次电流回路未断开情况下讨论CT例行试验对二次电流回路的影响。

1 CT例行试验概况

基于《DL/T393-2010 输变电设备状态检修试验规程》，可知500 kV 油浸倒立式电流互感器例行试验的项目及周期［28］如表1所示。红外热像检测是利用红外热像检测仪对CT 进行检测，检测运行中的CT 是否存在异常发热点。油中溶解气体分析是对CT 进行取油样分析，分析CT 油中溶解气体的成分及含量，从而在一定程度上反应CT 是否存在隐患以及其发展程度。绝缘电阻测试是利用绝缘电阻表测试一次对末屏绝缘、末屏对地绝缘，绝缘电阻值的大小能够灵敏地反应CT 的绝缘情况。电容量和介质损耗因数是利用介质损耗测试仪测试一次对末屏以及末屏对地的介损及电容量，确保CT无局部集中性和整体分布性缺陷。

表1 电流互感器例行试验项目Table 1 Routine test items of current transformer

综上所述，在所有CT 例行试验项目中，仅有绝缘电阻测试、电容量和介质损耗因数测试这2 个例行试验项目与二次电流回路存在物理联系，其过程可能会对二次电流回路造成影响，进而影响继电器等相关二次设备的动作可靠性［18-19，29-30］。下文将针对上述两类CT例行试验项目对二次电流回路的影响展开分析。

2 CT根部短接及短接接地对二次电流回路的影响分析

二次电流回路通常是指CT二次线圈经过CT接线盒、经电缆接至一次现场CT 端子箱、再由电缆接至保护装置所构成的电流回路，即如图1所示。

图1 二次电流回路示意图Fig.1 Schematic diagram of secondary current circuit

CT例行试验前需要二次作业人员执行二次安措，在CT端子箱处断开所有次级电流回路，这样一次作业人员在CT 根部短接接地不会引起保护误动。如果二次电流回路未断开情况下，禁止一次作业人员进行短接接地，这样会导致电流回路两点接地，地电位差易引起附加电流［19］。

如图2 所示为500 kV 母差保护电流回路图，此时一次现场的CT 端子箱中连片未断开，在CT A 相根部短接接地，由于电流回路在保护小室的母差保护屏柜处已有接地点，导致电流回路存在两个接地点。随着变电站运行年限的增加，二次等电位接地网逐渐老化，在不同接地点会产生地电位差，从而在电流回路中产生附加电流，即如图3所示。

图2 500 kV母差保护电流回路Fig.2 Current circuit of 500 kV bus differential protection

图3 电流回路差流原理图Fig.3 Differential current principle diagram of current circuit

由此可见在电流回路未断开时，CT根部短接接地易在电流回路中产生附加电流，若此电流回路为多间隔保护中的一个支路，则附加电流在保护装置中将产生差流，当达到差流动作定值将导致保护装置误动。

上述已经讨论电流回路未断开时，CT根部短接接地产生的影响。由于在电流回路未断开时，CT已经存在接地点，一个接地点便满足要求，无需在根部接地。若此时只在CT根部短接而不接地，可见对于独立无电联系的CT 次级电流回路不会产生影响。但是由于500 kV 变电站一次接线方式主要为3/2 接线方式，对于非“九统一”线路保护、线路测量、计量等二次电流回路采用物理接线和电流的方式，CT根部短接将会对其产生影响。如图4 所示为3/2 接线方式的500 kV 变电站中5012、5013 断路器之间yy 线间隔停电示意图，此时xx线由5011断路器单独带电运行。

图4 间隔停电示意图Fig.4 Schematic diagram of the bay power outage

如图5 所示为非“九统一”线路保护电流回路图，5011、5012 断路器CT 在5011 断路器电流互感器端子箱采用和电流接线方式，之后接入线路保护。由于需要对5012 断路器CT 进行例行试验，需要对5012 断路器CT A相进行短接试验。

图5 500 kV非“九统一”线路保护电流回路Fig.5 500 kV non"nine-unification"line protection current circuit

为了方便分析，将运行的5011 断路器CT 等效为电流源，由于5012断路器处于检修状态，其CT可以等效为电流为零的电流源，即为开路。则由图5 可得如图6所示的简化电流回路图，可知5012断路器CT A相进行短接试验等效为在5011断路器A相短接，这将导致线路保护装置采集的正序电流、零序电流发生变化［18］。同样对于其它和电流如线路测量、计量等电流回路也有着同样的影响。

图6 500 kV非“九统一”线路保护简化电流回路Fig.6 500 kV non"nine-unification"line protection simplified current circuit

综上所述，可知在电流回路未断开情况下，在CT根部短接接地将引起二次电流回路两点接地，易引起保护误动；在CT 根部短接将引起和电流分流，导致保护误动。

3 CT例行试验过程对二次电流回路的影响分析

基于上述分析结果，可知在CT 根部短接、短接接地都将对二次电流回路产生影响。短接直接影响是降低CT 二次负载，理论上几乎为零（通常由于接触电阻以及短接线等原因导致CT 二次负载RL不可能完全为零）。接地是为了保证二次存在可靠接地点，防止因为CT 一、二次通过耦合电容在二次侧感应出高电压，从而危害检修人员及设备的安全。因而正常情况下CT不同次级在端子箱或者保护屏柜都有且仅有一个接地点。综上所述，考虑在CT根部不做任何措施且保证二次电流回路完好的情况，结合上述分析结果，讨论500 kV 油浸倒立式CT 例行试验项目中绝缘电阻及电容量和介质损耗因数两个试验过程对二次电流回路的影响。

如图7所示为500 kV油浸倒立式CT结构示意图，其中红色虚线框图中为电容屏分压结构靠内侧部分。最外侧电容屏（零屏）为高电位，最内侧电容屏（末屏）为低电位，运行过程中接地。二次引线管上部与铁心罩壳直连，下部接至CT 底座，为零电位。二次线圈通过二次引线管接至CT根部接线盒内引出端子。

图7 500 kV油浸倒立式CT结构示意图Fig.7 Schematic diagram of 500 kV oil immersed inverted CT structure

3.1 CT绝缘电阻测试

CT绝缘电阻测试是发现CT绝缘局部或整体受潮和脏污、绝缘击穿、过热老化等缺陷的重要手段。

绝缘电阻测试采用2 500 V 电压、保持60 s，记录绝缘电阻表数值，其中一次对末屏绝缘值要求不低于3 000 MΩ、末屏对地绝缘值不低于1 000 MΩ。根据图7可建立如图8所示的等效电路原理图，其中R1为测试回路等效电阻值，R2为通过耦合电容经二次回路负载之间回路的等效电阻，AC为测试电压源，易知R2≫R1，则并联等效电阻应当符合上述绝缘值的要求。可知，整个测试回路中总的电流不大于2.5 μA。可知在CT绝缘良好的情况下，通过R2的电流远小于2.5 μA。CT绝缘值异常降低，回路中R1值将会变小，而R2值变化不大，不论绝缘电阻测试仪电压是否能够升高至测试电压值，通过R2的电流依然远小于2.5 μA。综上所述，绝缘电阻测试过程对二次电流回路几乎没有影响。

图8 CT绝缘电阻测试等效电路原理图Fig.8 Equivalent circuit diagram of CT insulation resistance test

3.2 CT电容及介质损耗因数测试

CT 绝缘介质受潮，伴随着介质损耗因数增大；CT绝缘性能下降，伴随着电容量的增加。通过CT电容及介质损耗因数测试能够有效发现绝缘老化、受潮、开裂、污染等不良状况。

测试一次对末屏介损及电容量时，采用正接法，施加10 kV电压。测试末屏对地介损及电容量介损及电容量时，采用反接法，施加2 kV电压。根据图7可建立如图9 所示的等效电路原理图，其中C1为测试回路等效电容，C2为通过耦合电容经二次回路负载之间回路的等效电容，AC 为测试电压源，易知C1≫C2。通常500 kV油浸式电流互感器一次对末屏、末屏对地电容量均为千pF 级，可知图9 中回路总的电流不大于0.7 mA，则通过C2的电流远小于0.7 mA，由此可知CT电容及介质损耗因数测试过程对二次电流回路几乎没有影响。

图9 CT电容及介质损耗因数测试等效电路原理图Fig.9 Equivalent circuit diagram of CT capacitance and dielectric loss factor tests

4 结语

在二次电流回路未断开情况下，对CT例行试验过程中可能对二次电流回路产生的影响因素进行了分析讨论，得出结论如下：

1）电流回路未断开情况下，在CT 根部短接接地将引起二次电流回路两点接地，易引起保护误动；在CT根部短接将引起和电流分流，导致保护误动。

2）CT 例行试验过程对二次电流回路几乎没有影响。

本文定性分析了CT 例行试验对二次电流回路的影响，下一步将基于实际现场的测试结果进行定量分析，探索电流互感器例行试验过程中作业人员及回路开断操作优化的可能性。