电流互感器二次回路两点接地故障计量分析

罗 焘 陈 莹 刘芮含

（云南电网有限责任公司昆明供电局）

0 引言

从变压器的基本理论可知，变压器的初级绕组和次级绕组在正常工作状态下不存在电气连接［1］。因此，当操作电流互感器二次侧仪表和继电保护回路时，操作人员不接触高电压。但是，如果电流互感器一次侧的绝缘被损坏，一次侧的高电压就会作用在电流互感器二次侧的线圈上，因此，在电流互感器二次侧的仪表、继电保护装置和工作人员都将与一次侧的高电压直接接触，从而产生高压触电的风险。为避免这一危害，应在二次侧接地，使高电压传到变压器二次侧时，接地的短路电流会通过接地体与人体两个通道。接地体的电阻愈低，流过身体的电流愈少，一般人体的电阻是接地体的几百倍［2］。电流互感器二次侧的接地非常重要，它是确保二次侧设备及工作人员安全的最有效方法，一般称为保护接地［3］。但是，在现实生活中，电流互感器二次侧往往会有两个接地点，也就是除了电流互感器二次保护接地之外，二次电缆也有可能因为机械损坏或者是绝缘损坏而接地。如果电流互感器二次侧有两点接地或者多点接地，就会导致计量错误，本文重点讨论了二次侧两点接地在测量中的作用。

1 案例说明及缺陷分析

1.1 情况说明

经调度员反馈，110kV变电站2号主变35kV侧302线路计量电能表A、B、C三相电流出现了严重的不平衡，可能是计量方面的问题，希望计量维护人员能够配合解决。通过对用户的调查，运行维护人员发现，这条线路上的电能表出现了严重的三相不对称现象。由所收集的数据可知，在第1天00：00～07：00期间，该系统所收集的A、B、C三相电流基本上是均衡的，但是在第1日09：00的时候，A、B、C三相电流的数值为0.59，B、C的三相电流为0.59，B、C，0.05。在11：00到17：00之间，三相电流基本上回到了正常值。在19：00到第二天09：00之间的每个时间周期中，系统的C相电流都比当时的A相和B相要小，之后，在11：00再次恢复正常。

1.2 可能原因分析

（1）由于电流、电能表C相位发生了故障，造成了测量结果的不均衡。

（2）电流互感器C相的测量回路有缺陷，有二点及多点不稳的现象。从系统收集的资料来看，C相电流小于A、B两相电流的情况是间或发生的，如果电流互感器或电能表C相发生了故障，则系统收集到的数据始终都是C相电流小于A和B两相电流，而系统收集到的数据却不是这样，因此可以排除这个可能。从以上情况来看，最大的可能是电流互感器C相次级回路中出现了一个并联回路，使C相的电流不连续地比A、B相的电流小。

1.3 现场核查

经实地检查，这座变电站2号主变中压侧电流互感器二次侧使用的电缆是一根多芯有屏蔽层的电缆，这类电缆的屏蔽层起到了保护外部电磁场的作用，并由接地线接地。现场检查表明，与电流互感器C相相连的二次接线端子有损坏，损坏的地方露出了里面的铜芯线，而接地线刚好在损坏的地方，使C相引线和接地部分发生了接触，如图1所示；这样C相导线两点间接接地，而且这个接地点也是不稳定的，因此，在电能量数据信息管理平台上，可以看到A、B、C三相电流有时平衡，有时不平衡，如图2所示。

图1 多芯带屏蔽层的电缆

图2 C相电流回路破损情况

2 对电能计量造成的影响

2号主变35kV侧使用了三相四线法，在此方法下，电流互感器的正确接线形式如图3所示。

图3 三相四线计量方式电流互感器的三相六线接线方法

在这一点上，正确测量功率的公式是：

式中，UA、UB、UC、IA、IB、IC、φA、φB、φC分别为A、B、C三相电压、电流和功率因子。

从功率公式可以看出，在三相四线制的情况下，即使C相出现异常，A相和B相仍然可以准确地测量。

电流互感器C相二次侧的绝缘橡胶破裂，使其接地端与C相电缆断裂部位发生接触，使电流互感器C相二次侧间接接地，由此构成又一环，如图4所示。

图4 电流互感器C相绝缘破损时的等效电路图

图中，为通过变压器次级的电流；为通过电度表的电流；为流经接地地点的电流。

在出现故障时，因接地点条件的不同以及电流互感器二次侧流经电流的特性的差异，致使流经电能表的电流状况各不相同，最后C相计量的电能也是不一样的；对此进行了详细的分析。

（1）在流经变压器二次侧的电流与流经变压器二次侧的电流I2处于同一相位。这时，通过电能表C相的电流通常，因为接地点阻抗X远小于电能表环路电阻，此时，C相所计电量方向与A、B两相相同，但所计电量数值明显小于A、B两相，在三相负荷平衡的情况下，此时电能表少计电量的值小于正确电量的1／3。

（2）当在变压器二次侧流动时，电流I2和在其接地点流动时，其相位是不同的。此时，因为两个电流相位差的缘故，流经电能表的电流也是不一样的。

1）在电压表为感性电流且也是感性电流的情况下，在电表电流中流动的两个可能情形如图5a和5b所示。

图5 故障情况下的分析向量图

2）在电路为容性电流且Is2也是容性电流的情况下，在电表电流中流动的两个可能情形在图6a和6b所示。

图6 故障情况下的分析向量图

在变压器二次侧有感性电流流动，容性电流在接地点流动，电容电流在变压器二次侧流动，在接地点流经感性电流时，对计量方面的影响与上面所说的一样，在此不再赘述。

3 电流互感器二次回路开路及注意事项

在实际操作中，由于测试开启的电流互感器连接片没有修复或者接线端虚接而导致的相线或零线断开事件，如果二次回路相电流开路时，次级线圈的电流是0A，那么初级线圈的电流就会被完全激发出来，这样的话，铁心内的磁通就会在瞬间达到饱和，从而导致产生的电位迅速增加。在次级线圈中会形成高压，从而导致较弱的绝缘连接发生故障，甚至对人体造成危害。在正常情况下，三相电流之和在0A左右，所以很难检测到断路现象，但是很容易出现区域故障。以A相的短路接地故障为例，原来的A相接地电流变成了A、B相，C相电流。电流互感器二次电阻、电抗不完全重合以及变压器铁心在故障瞬间的磁通饱和度不同，都会导致三相电流失真。

二次回路的相电流开路时，断路相电流为0A，在工作状态下，保护装置要充分利用电流互感器断线鉴别能力，在没有电流互感器断线判断功能或者是操作电流很小，无法达到起动值的情况下，在日常的监测中，要注意收集电流的幅值和相位是否符合三相对称。在高压状态下，断口会发出声响，在日常巡视时，要留意开启保护装置后柜门，就地端子箱柜门，查看装置的工作情况。在正常情况下，电流互感器二次电路的不平衡电流在10mA以下，而在三相电流不平衡度很小的时候，则可以达到0A。所以，在平时的设备工作中，除了要对不平衡电流进行定期的检测之外，还要充分利用保护装置在区外故障、变压器励磁涌流等条件下，对设备的运行状况进行判断。一般的线路保护都是采集A、B、C、N相的电流，而发电机和变压器的保护只采集A、B、C相的电流。如果不能看到发电机或变压器保护N线的故障量资料，可以检查两组保护或不同绕组所接的保护设备采集的A、B、C相的电流波形是否一致。对A、B、C相产生的零序电流和外部零序电流进行比较，如果两相的波形有不同，则要注意对中性线的接地情况进行检查。对于在设计和施工时没有收集N相电流的电流互感器二次回路的保护装置、行波测距装置等，可以将进出的N线可靠地短接在端子排上，把与故障记录装置相连的N线路回路与单独的线路相连，从而便于对电流互感器二次回路的有效监控。

4 结束语

在电网中，为了保证电能的安全、准确地计量，要求变压器二次侧只有一个接地点，以避免多点接地的危险；防止二次侧多点接地造成的测量误差，确保测量精度，为系统正常工作提供资料，减少发生计量争议的可能。