电流互感器二次侧开路故障分析及应对措施

周博 张秋慧

【摘 要】由于电流互感器开路产生的高电压会对人身和电网设备带来危害和安全隐患，论文针对这种现象的产生进行分析，并对此提出相应的预防和处理方法。将故障控制在最小范围内，减小损失，达到电网稳定安全运行的最终目的。

【Abstract】The high voltage caused by the open circuit of the current transformer will bring harm and hidden danger to the person and the power network equipment. This paper analyzes the emergence of this phenomenon， and puts forward the corresponding prevention and treatment methods.The fault is controlled in the minimum range，the loss is reduced， and the ultimate goal of stable and safe operation of the power network is achieved.

【关键词】电流互感器；开路；安全隐患；处理

【Keywords】 current transformer； open circuit； safety hazard ； handle

【中图分类号】TM452 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）05-0129-02

1 电流互感器工作原理

电流互感器的原理与变压器相同，是基于电磁感应原理而设计的。电流互感器由一次绕组、二次绕组、铁芯、一二次接线端子、绝缘支柱体组成（如图1所示）。铁芯与变压器相同，是由硅钢片叠制而成，电流互感器的一次绕组匝数很少，一次绕组串联于电力系统的一次设备之中，因此它能够通过一次设备运行中的全部电流。电流互感器的二次绕组匝数一般较多，二次绕组通过电缆接入继电保护装置、测量装置及计量设备中。若忽略励磁损耗，一次线圈与二次线圈有相同的安匝数[1]。电流互感器在正常工作时，其二次回路始终应该处于闭合状态。

2 电流互感器开路运行的危害

2.1开路运行分析

电流互感器的一次绕组匝数较少，一般只有一匝或者几匝，它的一次绕组串接至需要测量的电力系统一次设备之中，流过被测一次电流。此时，流过电流互感器一次绕组的电流与双绕组变压器正常运行时所流过的电流不同，双绕组变压器的一次侧电流与二次负载有关，而电流互感器的一次侧电流与相应一次设备所流过的电流一致。电流互感器二次侧绕组的匝数比较多，它与继电保护装置、测控装置、计量表回路串联形成闭合回路，电流互感器在正常工作状态中可以认为其工作于短路状态。这是因为一次侧绕组电流I1只取决于一次设备的运行状态，不随二次侧电流I2的变化而发生改变，I2的数值大小只由电力负荷阻抗、线路阻抗及电源电压决定，并且二次侧所接继电保护装置、测量装置、计量仪表的电流线圈阻抗很小。正常工作时一次绕组电流I1产生的磁动势I1N1（F1）仅有很小一部分产生空载磁动势，二次绕组电流I2所产生的磁动势I2N2（F2）对一次绕组所产生的磁动势F1有去磁作用，因此合成磁动势F0及铁芯的合成磁通Φ数值都不大，这就使得二次绕组的感应磁动势e2的数值不大，一般不超过几十伏。

电流互感器在正常工作时，根据磁动势平衡的关系可以得出N1I1+N2I2=N1I0，一、二次电流相位相反，因此N1I1和N2I2互相抵消一大部分，铁芯的剩余磁动势是励磁磁动势，当二次回路开路时，二次去磁动势等于零。根据磁动势平衡原理，这时的励磁磁动势迅速增加，电流互感器的一次电流全部用于铁芯的励磁，于是铁芯中磁感应强度随之迅速增加，铁芯达到磁饱和。铁芯的饱和造成随时间变化的磁通Φ的波形由正常运行时的正弦波变为饱和时的平顶波。在磁通迅速发生变化的过程中，开路的二次绕组内将感应出电压很高的尖顶波电动势e2，其峰值可达数千伏甚至更高，这种高电压对于运行及检修人的人身安全存在极大的威胁，对继电保护等二次装置也是极其危险的。

2.2电流互感器二次开路产生的现象和危害

①电流互感器开路时，由于交变的磁通在二次侧将感应出很高的电压，高电压可能会使电流互感器二次回路元件接线端子、二次接线柱等处产生火花，高电压传导到二次绕组和二次电路中，从而导致一、二次绕组间的绝缘被击穿。②继电保护装置、测量装置、计量仪表指示异常。上述设备的电流二次回路开路，会使相应设备的电流采样元件所采电流指示不一致、功率表指示降低、计量表计转速缓慢或不转。如相关装置的电流指示时有时无，则二次回路可能处于接触不良的状态中。③电流互感器本体出现无噪声，严重发热、冒烟，振动不均匀等现象，这些现象在一次系统的负荷较小时表现并不明显。当开路时因磁通的非正弦型和磁通密度的迅速增加，硅钢片振动力迅速增大，这会产生很大的噪音。④电力系统继电保护相关装置冒烟烧坏。电力系统继电保护装置的电流采样元件烧坏会使电流互感器二次开路。 电能计量表计、保护装置的采样元件在烧坏后，不仅会使电流互感器二次开路，同时也可能造成电压互感器二次短路。⑤电流互感器开路时导致继电保护装置因无电流而不能正确反映故障，对于零序保护和差动保护，则可能因开路时产生的不平衡电流而发生误动。⑥二次回路开路时磁路的严重饱和会使得铁芯发热严重，若不能及时发现并进行正确的处理，会使电流互感器烧毁，并容易引起电缆着火。

3 电流互感器二次回路开路的产生原因

①由于交流电流回路中的接线端子排的质量和结构存在缺陷，在运行中发生底板螺孔与旋转螺杆接触不良，造成电流互感器二次回路的开路。如旋钮式电流端子由于试验端子压板的胶木过长，导致旋转端子金属片误压在胶木套上，未压在压板的金属片上而导致开路；内部弹簧式的电流端子由于弹簧损坏，旋转螺杆与底版接触不上等。②施工安装人员工作中的失误，如接线错误、做安全措施时打开的线头忘记恢复，在送电前未进行电流互感器二次侧是否开路的检查。③在二次线端子接头在施工过程中压接不牢固，当回路中通过的电流很大时，可能会发生螺杆与铜板接触不良、发热烧断、氧化过甚甚至造成二次回路的开路。④室外端子箱、电流互感器本体接线盒受潮，端子螺丝或垫片锈蚀过于严重，造成接触不良，最终形成开路。⑤继电保护装置的电流回路短接片在保护调试的过程中被打开，但在工作结束后和检查现场时未仔细确认短接片是否已连接好或恢复，导致开路。

4 应对措施

①首先要分辨出哪一组电流回路发生开路，需要判断此组电流的断开对保护有无影响，其二次回路的断开是否会使得保护发生误动。尤其是用于母差保护的电流互感器，当出现打火等电流互感器二次回路开路的现象时，应立即向有关部门申请将其退出，然后根据现场实际情况采取相应措施。②运行中如需检修、校验保护装置、测量装置及计量仪表时，必须先将电流互感器二次回路有效短接，再断开该设备，电流互感器的二次回路不允许装设熔断器。③在短接电流互感器二次回路前应尽可能减少一次电流， 降低危险性。当电流互感器内部出现冒烟、放电、异响等现象时， 应立即转移负荷， 切断电源后进行检查和处理，如有旁路，可将线路转为旁路供电，提高供电的可靠性。④当电流互感器二次开路需要短接时，应在开路打火处就近的二次端子上进行，封好开路的电流互感器二次回路后，再检查处理开路点。短接时应使用专用短路连片或短路线，短路应妥善可靠，禁止采用一般导线缠绕。⑤根据短接后出现的现象判断短接是否已经奏效。若短接时有火花， 则说明短接有效。 可以认为故障点在短接点以下。

5 结语

电流互感器二次侧开路是电力系统运行中最危险的故障之一。正确的预防和处理也就非常必要，將故障控制在最小范围内，减小损失，达到电网稳定安全运行的最终目的。

【参考文献】

【1】胡庆春.电流互感器二次侧开路故障分析[J].电力大数据，2017，20（11）：6-7+5.