一种对电流互感器起保护作用的防开路模块

杨 洋，姚 磊，夏 磊，吕雪松

(常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州 213100)

电流互感器由匝数(N1)较少的一次绕组、匝数(N2)较多的二次绕组、铁心、接线端子等组成，工作原理是一次绕组串联在主回路中，通过测到的电流(I1)在铁心中产生磁通的变化在二次绕组中产生电流(I2)。绕组与电流之间的关系为K=I1/I2=N2/N1，K称为电流互感器变流比。电流互感器正常工作时，二次侧近似短路状态，此时的输出电压很低；运行过程中，若二次绕组出现开路现象，一次绕组会生成异常电流，二次侧将会产生很高的电压，可能是上千伏甚至上万伏的高压，此时会对二次绝缘系统造成损伤，也会对电流互感器过激励而烧坏。

电流互感器防开路模块主要用于电流互感器二次侧异常过电压保护。模块并接于电流互感器二次绕组两端，在电流互感器正常运行时，模块漏电电流极小，呈现高阻状态；当电流互感器二次回路开路或一次绕组出现异常过电流时，模块迅速动作将电流互感器二次侧短路。待故障排除后，无需手动复位，电路恢复原状态后，互感器又可重新投入正常运行。

1 防开路模块工作原理

图1为防开路模块模型，图2为防开路内部电路原理图。从图2可以看出，当二次回路开路或一次绕组出现异常过流时，二次绕组中会产生远高于正常运行工作的电压；当电流互感器二次电压超过DZ1的设定电压值时，C1开始充电；当R3与R7中间的采样点电压超过设定值时，U1导通，通过Q1放大电路，使得Q1集电极由0 V上升到某一额定值，即Q3、Q4的栅极超过场效应管的开启电压，场效应管Q3、Q4导通，防开路模块的两端导通，并接的保护装置瞬间进入导通状态，这样避免了电流互感器二次过电压产生的危害。开路保护装置能在过压产生的10 ms内可靠地将二次绕组短接。故障排除后，模块会自动复位，装置重新进入正常工作状态。防开路模块技术指标如表1所示。

图1 防开路模块模型Fig.1 Open-circuit protection module model

图2 防开路内部电路原理图Fig.2 Schematic diagram of open-circuit protection internal circuit

表1 防开路模块技术指标Tab.1 Technical specifications of open-circuit protection module

2 防开路模块技术参数

正常工作情况下，防开路模块阻值很大，而在受到过流等特殊的情况下，模块会发生损坏，与正常模块相比，损坏的模块阻值变得很小。

图3(a)所示为正常模块，此时阻值达到70.9 MΩ。图3(b)所示为损坏模块，该模块的额定电流为5 A，对其两端施加10 A电流约30 s后，再次测量其两端阻值时只有8.8 Ω。开路情况需要通过对电流互感器施加一个高于启动电压的电压，观察模块是否动作，若不动作此时为损坏。

图3 防开路模块阻值测定Fig.3 Resistance value measurement of open-circuit protection module

通过对比电流互感器伏安特性的拐点电压和电流研究防开路模块对电流互感器的励磁特性的影响。分别测量某样机上电流互感器的ABC相在4种情况下的拐点电压和电流，如图4(电流互感器出厂数据a，不带防开路模块b，带正常防开路模块c，带损坏的防开路模块d)，具体数据如下：

图4 拐点电压与电流测试图Fig.4 Inflection point voltage and current test diagram

由图4可知，产品的出厂原始出现拐点电压为17.0 V、电流为0.066 A；实际测量的为出现拐点的电压为17.5 V、电流为0.077 A。将正常防开路模块加入到电路中，此时出现拐点电压为16.8 V、电流为0.065 A；将损坏防开路模块加入到电路中，此时出现拐点的电压为2.0 V、电流为0.075 A。上述测试可以发现，正常的防开路模块对电流互感器的拐点电压和电流影响较小，损坏的防开路模块对电流互感器的拐点电压和电流影响较大。

通过测量电流互感器在3种情况下(不带防开路模块，带正常防开路模块，带损坏的防开路模块)的相关参数，研究防开路模块对电流互感器的复合误差(ε)、准确限制系数(ALF)和二次直阻(Rct)的影响。某样机电流互感器的相关参数如表2所示：

表2 不同接入状况下的参数表Tab.2 Parameters under different access conditions

从表2可知，正常的防开路模块对CT相的ε、ALF和Rct无影响，损坏的防开路模块对CT相的ε影响较大，对ALF和Rct影响较小。

通过测量CT在3种情况下(不带防开路模块，带正常防开路模块，带损坏的防开路模块)的零序关参数，研究防开路模块对CT的复合误差(ε)、准确限制系数(ALF)和二次直阻(Rct)的影响。某样机电流互感器零序的参数如表3所示：

表3 不同接入状况下的CT零序参数表Tab.3 CT zero sequence parameters under different access conditions

通过表3可知，正常的防开路模块对CT零序的ε、ALF和Rct无影响，损坏的防开路模块对CT零序的ε和ALF影响较大，对Rct影响较小。

3 结语

电流互感器防开路模块正常运行时漏电电流极小，阻值很大，接近无穷大；当电流互感器二次回路开路或一次绕组出现异常过电流时，模块迅速动作将电流互感器二次侧短路。待故障排除后，无需手动复位，电路恢复原状态后，互感器又可重新投入正常运行。其可以有效保护电流互感器，提高元器件的使用寿命。