电流互感器特性试验造成的保护误动分析汪昌元

电流互感器特性试验造成的保护误动分析汪昌元

汪昌元

(广西电网有限责任公司防城港供电局广西538001)

摘要：针对电流互感器特性试验造成的线路差动保护误动作原因进行分析，并列举相关事故案例进行剖析。为了防止保护误动，提出了在日常工作中电流互感器特性的试验方法及试验要求，保证二次电流回路的正确性和可靠性。

关键词：电流互感器；伏安特性；端子击穿；保护误动

引言

电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的设备，将大电流按一定比例转变成小电流提供给继电保护设备、测量装置等使用，并将二次系统与一次高压设备隔离，保证了人身和设备的安全。为确保电流互感器性能及回路合格，需要对其进行伏安特性、变比极性及通流试验。但在试验过程中由于电流回路异常会造成运行设备保护误动作，发生电网事故。因此分析造成保护误动作原因及防范措施很有必要。

1、电流互感器的选型要求

1.1P类电流互感器选型原则

根据有关技术标准和南方电网2011年版典型设计，明确220kV及110kV系统P类电流互感器选型原则如下：

（1）电流互感器额定准确限值一次电流应大于最大短路电流，最大短路电流的计算应综合考虑电网发展的情况，并保留一定裕度；

（2）110kV及以上新建变电站应选用额定二次电流为1A的电流互感器；

（3）电流互感器暂态系数应大于2.0。

对电流互感器校核后，电流互感器额定准确限值一次电流应满足铭牌保证值，至少应保证短路电流不超过电流互感器额定准确限值一次电流的80%。

1.2电流互感器核算方法

（1）计算二次极限电动势：

Es1=KalfIsn（Rct+Rbn）=15×5×（0.45+1.2）=123.75V

参数说明：Es1：CT额定二次极限电动势（稳态）；Kalf：准确限制值系数；Isn：额定二次电流；Rct：二次绕组电阻，当有实测值时取实测值，无实测值时按下述方法取典型内阻值：5A产品：1～1500A/5A产品0.5Ω1500～4000A/5A产品1.0Ω；1A产品：1～1500A/1A产品6Ω1500～4000A/1A产品15Ω

（2）校核额定二次极限电动势

有实测拐点电动势时，要求额定二次极限电动势应小于实测拐点电动势。Es1=127.5V<Ek（实测拐点电动势）=130V

2、电流互感器的特性试验

2.1新投运电流互感器的特性试验

新投运的电流互感器应在安装后检查一次设备铭牌是否满足技术规范要求，铭牌变比是否与规定一致，一次设备安装及极性是否与图纸一致。

确认设备无误后，应对电流互感器进行伏安特性、变比极性、值阻及二次负载进行试验。将试验结果与出厂报告核对是否一致，重点检查核对绕组准确级是否与铭牌一致。

2.2检修设备的补充试验

当电流互感器二次绕组内部线检修拆动后，在恢复二次回路时，为确保绕组准确级、变比和极性与铭牌一致，应在恢复二次接线后对电流互感器进行补充特性试验，验证绕组间不存在交叉错接以及变比极性正确。最后进行通流试验，保证电流回路无开路。

3、电流互感器特性试验导致的保护误动分析

3.1案例过程

某500kV变电站500kV开关采用3/2接线方式。其中一台500kV边开关在检修状态进行电流互感器二次接线盒检修工作，工作任务为对互感器二次绕组本体接线进行更换并进行相关回路试验。500kV线路由中开关带负荷，其电流回路从中开关端子箱到边开关端子箱合流后回到控制室保护装置。

在完成互感器二次绕组本体接线后，工作人员检查接线正确，并随即开展回路试验。现场人员根据实际回路情况在边开关端子箱将电流回路连接片打开，切断与运行设备的联系，并做好安全隔离措施。此时端子排左侧为至检修的边开关互感器方向，端子排右侧为中开关合流后至控制室方向。

检修电流互感器二次绕组共配置7个绕组，其中2个TPY级绕组分别用于第一套、第二套线路保护，3个P级保护用于第一套、第二套母差和断路器保护，另外0.5S及0.2S绕组分别用于测量和计量回路。按照本次工作方案，在恢复完二次回路后应进行补充试验，对本体电流回路进行绝缘测试、变比极性、伏安特性及通流试验。首先进行的时B相伏安特性，测试数据均正常。当进行到C相第二套线路保护TPY绕组时，试验进行到一半，电流端子突然起火烧黑，同时500kV中开关跳闸。

3.2保护误动原因分析

工作人员对现场保护装置进行检查，其中该线路的第二套线路保护电流差动C相及零序反时限动作，动作电流为8A，出口跳开中开关，故障测距显示0Km,其余保护均未动作。检查一次设备均无异常，仅端子箱C相第二套线路保护电流端子烧黑。

工作人员立即对电流端子连接片进行检查，从连接片打开的位置来看，确已打开到位，并有明显断开点，排除连接片未打开导致的直接通入故障电流至保护装置的可能。但用万用表测量该端子排左右绝缘时，其绝缘值已不足1M。初步判断为伏安特性过程中电流端子发生击穿导致端子排左右绝缘不足，使试验电流串入第二套线路保护装置并动作跳开中开关。

为具体分析其击穿原因，在更换烧黑端子后现场决定采用故障重现的方式再次对该绕组进行伏安特性试验。由于线路保护采用TPY抗饱和绕组，其伏安特性曲线几乎为直线，端子两端电压会持续升高。现场使用相同工频互感器测试仪器及相同试验方法，当试验到第6次时，端子同样发生了击穿。从现场所使用的工频互感器特性测试仪的伏安特性曲线大致可以看出发生击穿时伏安特性输出电压大致在2200V左右，电流在0.3安左右。对同批次的该电流端子进行检查发现其额定电压水平为500V，且网内其他二次回路所用的不同厂家、不同类型的电流端子额定电压水平大多都在400-600V，国家及电网公司均未规范电流端子的额定电压范围。按照国标14048.1（2006年）中对500V额定电压端子交流介电试验电压表查询其耐压水平为1890V。试验过程中实际电压为2200左右，大于端子承受试验电压，存在击穿风险。所以，在端子发生击穿后，故障电流串入运行回路，造成线路无故障保护跳闸。其击穿时电流回路图如下：

4、电流互感器特性试验工作要求及经验总结

针对这起由于互感器特性试验导致的保护误动作事件，为防范在以后的工作中发生互感器特性试验导致的误动作，总结以下几点经验及要求：

（1）针对伏安特性电压较高的绕组，特别是TPY级的绕组尽量不使用工频测试仪，应使用变频折算测试仪，保证在测试中不产生工频大电压。

（2）为防止端子隔离不可靠，在涉及运行间隔的电流端子上进行特性测试时，应将端子箱电缆拆开进行试验或在本体接线盒拆开电缆进行试验，消除二次接线端子被击穿的风险

（3）伏安特性一般在CT本体二次端子施加试验电压，试验电压逐步增加至拐点电压，通过记录电压、电流形成伏安特性曲线，计量、测量绕组的拐点电压一般在200V以下，P级绕组的拐点电压一般在400到1300V不等，根据实际参数而定。而TPY级绕组因为有气隙，理论上无拐点电压，所以电压理论上会无限升高。

（4）工频互感器测试仪一般是测量电压达到最大电压设置值或电流达到最大电流设置值时，调压器才自动返回。而变频互感器测试仪则可以选择互感器类型，当选择TPY型时，加压到一定值后仪器自动返回，并根据折算自动绘制出伏安特性曲线

（5）目前，在用的电流端子额定电压均为400-600V之间，其基本交流耐压电压在1890V左右，耐压水平并不高，即使打开连接片后存在明显断开点，其耐压水平也仅在1890V左右。应尽快研制更高耐压水平的电流端子

参考文献：

1、广西电网电力调度控制中心《转发南网总调关于开展220kV及110kV系统电流互感器校核工作及明确防范饱和风险有关要求的通知》