浅述电流互感器的配置及接线失误问题

李向东

摘要: 在运行工作中,严防电流互感器的配置不当或接线失误,可避免事故的发生。加强电流互感器的验收,必然可以起到减少故障发生的作用。

关键词: 变电运行；电流互感器；母线差动；变压器保护

1．电流互感器工作原理

1．1内部结构

用于电力系统中的电流互感器,其一次绕组通常是一次设备的进出导线,只有1匝或2匝,二次额定电流通常是1A或5A,故其二次匝数很多。例如,变比为1250/5的电流互感器,其一次绕组为1匝时,二次绕组为250匝。

1．2误差分析

在具有铁芯的电流互感器中,铁芯中存在励磁电流,励磁阻抗一般为电抗性质,而二次负载一般为阻抗性质,因此在二次电动势的作用下,I2与I1相位不同,幅值也不同。下面为电流互感器的等值回路及角误差示意图。

（a）等值电路 （b）相量图

图1电流互感器的等值电路和相量图

忽略本身材料的影响,由上图可知:

1)当励磁阻抗Zm不变时,二次阻抗越大,I0越大,电流互感器的比误差越大。当阻抗不变时,Zm越小,电流互感器的比误差越大。

2)当电流互感器二次负载为纯电阻(Zn=0)时,角误差最大。当Z2为0时,即负载为纯电感时,角误差等于0。

对电流互感器的误差要求,一般为幅值误差小于10%,角度误差小于7°。

2．电流互感器饱和对保护的影响

2．1对电流保护的影响

2．1．1电流保护的判据为:IJ>Ip

式中:IJ-为流入继电器的短路二次值

Ip-为电流继电器的定值

根据上式可知,电流互感器饱和后,二次侧等效动作电流IJ变小,可能会引起保护拒动,这一点在速断保护中尤其显著。

10kV线路出口处短路电流一般很小,特别是远离电源,系统阻抗较大时,但随着系统规模扩大,10kV系统短路电流随着变大,可以达到电流互感器一次额定电流的几百倍,系统中原有的一些能正常运行的变比小的电流互感器就可能饱和。另一方面,短路故障是一个暂态过程,短路电流中含大量非同期分量,又进一步加速电流互感器饱和。当10kV线路短路时,由于电流互感器饱和,感应到二次侧的电流会很小或接近于零,保护装置拒动。故障由于母联开关或主变低压侧开关切除,不但延长了故障时间,会使故障范围扩大,影响供电可靠性,而且严重威胁运行设备安全。

2．1．2对策

根据前面分析,导致电流互感器饱和的两种情况,可知电流互感器严重饱和时,一次电流全部转化为励磁电流。二次感应电流为零,则流过电流继电器的电流也为零,保护装置就会拒动。

避免这种情况主要从两点入手:

1)在选择电流互感器是,变比不能选得太小,要考虑线路短路时电流互感器饱和问题。一般10kV线路保护电流互感器变比最好大于300/5。

2)尽量减小电流互感器二次负载阻抗,尽量避免保护和计量共用电流互感器,缩短二次电缆长度及加大二次电缆截面积。10kV线路保护,测控合一的产品,可在开关室就地安装,这样能有效减小二次回路阻抗,防止电流互感器饱和。

2．2对母线差动保护的影响

2．2．1影响

电力系统中的母线广泛采用电流差动式保护,对电流互感器二次侧电流瞬时值差动的原理,可方便地实现母线快速保护,然而在母线区外短路故障时,一般会出现电流互感器饱和现象,电流互感器饱和后不能正确传变一次侧电流,使二次侧电流差动原理的基础得到破坏,从而导致保护的误动作。

2．2．2对策

根据电流互感器饱和的特征,可知出现故障时,由于铁芯中的磁通不能发生突变,电流互感器不能立即进入饱和区,而是存在一个3-5ms的线性传递区。当母线上发生故障时,母线电压和出线电流将发生很大的变化,与此同时,在差动元件中出现差流,即工频电压或工频电流的变化与差动元件中的差流是同时出现的。当母差保护区外发生故障某组电流互感器饱和时,母线电压即各出线电流立即出现变化,但由于故障后,3-5ms电流互感器磁路才会饱和,因此,差动元件中的差流比故障电压和故障电流晚出现3-5ms。

2．3对变压器保护的影响

2．3．1现状

所用变压器是一种比较特殊的设备,容量较小,但可靠性要求非常高,而且安装位置特殊,一般接在10kV或35kV母线上,其高压侧短路电流等于系统短路电流,低压侧出口短路电流也较大。一直对所用变压器保护的可靠性重视不够,这将对所用变压器直至整个10kV系统的安全运行造成很大威胁。传统的所用变压器使用熔断器保护,其安全可靠性较高,但随着系统短路容量的增大,以及综合自动化的要求提高,这种方式满足不了要求。现在新建或改造变电所,特别是综合自动化所,大多配置所用变压器开关柜,保护配置也和10kV线路相似,而往往忽视了保护用电流互感器饱和问题。由于所用变压器容量小,一次额定电流较小,保护计量共用电流互感器,为了保证计量的准确性,设计时电流互感器变比很小,有的地方甚至选择10/5。这样一来,当所用变压器故障时,电流互感器将严重饱和,感应到的二次电流几乎为零,使所用变压器保护拒动。如果是高压侧故障,短路电流足以使主变后备保护动作切除;如果是低压侧故障,短路電流可能达不到主变后备保护的启动值,使得故障无法及时切除,最终烧毁所用变压器,严重影响系统安全运行。

2．3．2对策

解决所用变压器保护拒动问题,应从合理配置保护入手,其电流互感器的选择要考虑所用变压器故障时的饱和问题;同时,计量用电流互感器一定要与保护用电流互感器分开,保护用电流互感器装设在高压侧,以保证对所用变压器的保护,计量用电流互感器装设在所用变压器低压侧,以保证计量的精度;在定值整定方面,电流速断保护可按所用变压器低压出口短路电流进行整定,过负荷按所用变压器容量整定。

3．电流互感器绕组的布置

电流互感器绕组的布置要把握两个原则,一是要防止出现保护死区,二是要躲过互感器易发生故障的部分,为防止死区,一般要求各种保护的保护范围之家要有交叉,同时有求电流互感器一次侧极性端必须安装在母线侧。这是因为互感器二次绕组的排列是以互感器一次极性端为参考的。如果一次极性端放置错误,那么尽管在二次绕组的分配上考虑到交叉问题,仍然会出现保护范围的死区。另外,由于互感器底部最容易发生故障,而母线保护动作停电范围太大,因此一般有注意母线保护要尽量躲开互感器底部。

图 2220kV线路开关CT绕组分配图

可以看出,母线差动保护与两套线路保护均有重叠区域,任一套线路保护退出运行均不会产生死区。

4．电流互感器的接地点

4．1一次接地点

运行中电流互感器的一次接地点有外壳接地和电流互感器末屏接地,下面分别说明其接地的作用。

外壳接地:防止外壳处于电场中,感应一定电压,破坏外部绝缘,威胁人身安全,所以必须将外壳接地,《十八项反措》规定其接地应有两根与主接地网不同干线的连接,且需满足热稳定校核的要求。

末屏接地:电流互感器的主绝缘是十多层油纸电容,相当于十多层电容串联而成,最外一层电容为末屏层。末屏接地时,一次对地电压均匀分布在各层之间;若末屏不接地,使末屏对地变成绝缘,由于交流电路的集肤效应,高电场主要移向靠近表面的绝缘层上,在最外层产生高电压,最高可达几万伏。由于小套管上绝缘距离短,在几万伏电压长时间作用,使绝缘击穿,使电流互感器爆裂。

4．2二次接地

电流互感器的二次回路必须且只能有一点接地,一般在端子箱经端子排接地。但对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置,如母差保护、主变差动保护等,则应在保护屏上经端子排接地。

电流互感器二次回路必须有一点接地是为了人身和二次设备的安全。若二次回路没有接地点,接在电流互感器一次侧的高电压,将通过互感器的一、二次绕组间的分布电容和二次回路的对地电容形成电压,将高电压引入二次回路。如果二次回路有接地点,则二次回路电容被短接,分到二次回路的高压侧电压为零,从而达到保护安全的目的。