李向東

摘要: 在運(yùn)行工作中,嚴(yán)防電流互感器的配置不當(dāng)或接線失誤,可避免事故的發(fā)生。加強(qiáng)電流互感器的驗(yàn)收,必然可以起到減少故障發(fā)生的作用。

關(guān)鍵詞: 變電運(yùn)行；電流互感器；母線差動；變壓器保護(hù)

1．電流互感器工作原理

1．1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

用于電力系統(tǒng)中的電流互感器,其一次繞組通常是一次設(shè)備的進(jìn)出導(dǎo)線,只有1匝或2匝,二次額定電流通常是1A或5A,故其二次匝數(shù)很多。例如,變比為1250/5的電流互感器,其一次繞組為1匝時(shí),二次繞組為250匝。

1．2誤差分析

在具有鐵芯的電流互感器中,鐵芯中存在勵磁電流,勵磁阻抗一般為電抗性質(zhì),而二次負(fù)載一般為阻抗性質(zhì),因此在二次電動勢的作用下,I2與I1相位不同,幅值也不同。下面為電流互感器的等值回路及角誤差示意圖。

（a）等值電路 （b）相量圖

圖1電流互感器的等值電路和相量圖

忽略本身材料的影響,由上圖可知:

1)當(dāng)勵磁阻抗Zm不變時(shí),二次阻抗越大,I0越大,電流互感器的比誤差越大。當(dāng)阻抗不變時(shí),Zm越小,電流互感器的比誤差越大。

2)當(dāng)電流互感器二次負(fù)載為純電阻(Zn=0)時(shí),角誤差最大。當(dāng)Z2為0時(shí),即負(fù)載為純電感時(shí),角誤差等于0。

對電流互感器的誤差要求,一般為幅值誤差小于10%,角度誤差小于7°。

2．電流互感器飽和對保護(hù)的影響

2．1對電流保護(hù)的影響

2．1．1電流保護(hù)的判據(jù)為:IJ>Ip

式中:IJ-為流入繼電器的短路二次值

Ip-為電流繼電器的定值

根據(jù)上式可知,電流互感器飽和后,二次側(cè)等效動作電流IJ變小,可能會引起保護(hù)拒動,這一點(diǎn)在速斷保護(hù)中尤其顯著。

10kV線路出口處短路電流一般很小,特別是遠(yuǎn)離電源,系統(tǒng)阻抗較大時(shí),但隨著系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大,10kV系統(tǒng)短路電流隨著變大,可以達(dá)到電流互感器一次額定電流的幾百倍,系統(tǒng)中原有的一些能正常運(yùn)行的變比小的電流互感器就可能飽和。另一方面,短路故障是一個暫態(tài)過程,短路電流中含大量非同期分量,又進(jìn)一步加速電流互感器飽和。當(dāng)10kV線路短路時(shí),由于電流互感器飽和,感應(yīng)到二次側(cè)的電流會很小或接近于零,保護(hù)裝置拒動。故障由于母聯(lián)開關(guān)或主變低壓側(cè)開關(guān)切除,不但延長了故障時(shí)間,會使故障范圍擴(kuò)大,影響供電可靠性,而且嚴(yán)重威脅運(yùn)行設(shè)備安全。

2．1．2對策

根據(jù)前面分析,導(dǎo)致電流互感器飽和的兩種情況,可知電流互感器嚴(yán)重飽和時(shí),一次電流全部轉(zhuǎn)化為勵磁電流。二次感應(yīng)電流為零,則流過電流繼電器的電流也為零,保護(hù)裝置就會拒動。

避免這種情況主要從兩點(diǎn)入手:

1)在選擇電流互感器是,變比不能選得太小,要考慮線路短路時(shí)電流互感器飽和問題。一般10kV線路保護(hù)電流互感器變比最好大于300/5。

2)盡量減小電流互感器二次負(fù)載阻抗,盡量避免保護(hù)和計(jì)量共用電流互感器,縮短二次電纜長度及加大二次電纜截面積。10kV線路保護(hù),測控合一的產(chǎn)品,可在開關(guān)室就地安裝,這樣能有效減小二次回路阻抗,防止電流互感器飽和。

2．2對母線差動保護(hù)的影響

2．2．1影響

電力系統(tǒng)中的母線廣泛采用電流差動式保護(hù),對電流互感器二次側(cè)電流瞬時(shí)值差動的原理,可方便地實(shí)現(xiàn)母線快速保護(hù),然而在母線區(qū)外短路故障時(shí),一般會出現(xiàn)電流互感器飽和現(xiàn)象,電流互感器飽和后不能正確傳變一次側(cè)電流,使二次側(cè)電流差動原理的基礎(chǔ)得到破壞,從而導(dǎo)致保護(hù)的誤動作。

2．2．2對策

根據(jù)電流互感器飽和的特征,可知出現(xiàn)故障時(shí),由于鐵芯中的磁通不能發(fā)生突變,電流互感器不能立即進(jìn)入飽和區(qū),而是存在一個3-5ms的線性傳遞區(qū)。當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí),母線電壓和出線電流將發(fā)生很大的變化,與此同時(shí),在差動元件中出現(xiàn)差流,即工頻電壓或工頻電流的變化與差動元件中的差流是同時(shí)出現(xiàn)的。當(dāng)母差保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障某組電流互感器飽和時(shí),母線電壓即各出線電流立即出現(xiàn)變化,但由于故障后,3-5ms電流互感器磁路才會飽和,因此,差動元件中的差流比故障電壓和故障電流晚出現(xiàn)3-5ms。

2．3對變壓器保護(hù)的影響

2．3．1現(xiàn)狀

所用變壓器是一種比較特殊的設(shè)備,容量較小,但可靠性要求非常高,而且安裝位置特殊,一般接在10kV或35kV母線上,其高壓側(cè)短路電流等于系統(tǒng)短路電流,低壓側(cè)出口短路電流也較大。一直對所用變壓器保護(hù)的可靠性重視不夠,這將對所用變壓器直至整個10kV系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大威脅。傳統(tǒng)的所用變壓器使用熔斷器保護(hù),其安全可靠性較高,但隨著系統(tǒng)短路容量的增大,以及綜合自動化的要求提高,這種方式滿足不了要求。現(xiàn)在新建或改造變電所,特別是綜合自動化所,大多配置所用變壓器開關(guān)柜,保護(hù)配置也和10kV線路相似,而往往忽視了保護(hù)用電流互感器飽和問題。由于所用變壓器容量小,一次額定電流較小,保護(hù)計(jì)量共用電流互感器,為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確性,設(shè)計(jì)時(shí)電流互感器變比很小,有的地方甚至選擇10/5。這樣一來,當(dāng)所用變壓器故障時(shí),電流互感器將嚴(yán)重飽和,感應(yīng)到的二次電流幾乎為零,使所用變壓器保護(hù)拒動。如果是高壓側(cè)故障,短路電流足以使主變后備保護(hù)動作切除;如果是低壓側(cè)故障,短路電流可能達(dá)不到主變后備保護(hù)的啟動值,使得故障無法及時(shí)切除,最終燒毀所用變壓器,嚴(yán)重影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2．3．2對策

解決所用變壓器保護(hù)拒動問題,應(yīng)從合理配置保護(hù)入手,其電流互感器的選擇要考慮所用變壓器故障時(shí)的飽和問題;同時(shí),計(jì)量用電流互感器一定要與保護(hù)用電流互感器分開,保護(hù)用電流互感器裝設(shè)在高壓側(cè),以保證對所用變壓器的保護(hù),計(jì)量用電流互感器裝設(shè)在所用變壓器低壓側(cè),以保證計(jì)量的精度;在定值整定方面,電流速斷保護(hù)可按所用變壓器低壓出口短路電流進(jìn)行整定,過負(fù)荷按所用變壓器容量整定。

3．電流互感器繞組的布置

電流互感器繞組的布置要把握兩個原則,一是要防止出現(xiàn)保護(hù)死區(qū),二是要躲過互感器易發(fā)生故障的部分,為防止死區(qū),一般要求各種保護(hù)的保護(hù)范圍之家要有交叉,同時(shí)有求電流互感器一次側(cè)極性端必須安裝在母線側(cè)。這是因?yàn)榛ジ衅鞫卫@組的排列是以互感器一次極性端為參考的。如果一次極性端放置錯誤,那么盡管在二次繞組的分配上考慮到交叉問題,仍然會出現(xiàn)保護(hù)范圍的死區(qū)。另外,由于互感器底部最容易發(fā)生故障,而母線保護(hù)動作停電范圍太大,因此一般有注意母線保護(hù)要盡量躲開互感器底部。

圖 2220kV線路開關(guān)CT繞組分配圖

可以看出,母線差動保護(hù)與兩套線路保護(hù)均有重疊區(qū)域,任一套線路保護(hù)退出運(yùn)行均不會產(chǎn)生死區(qū)。

4．電流互感器的接地點(diǎn)

4．1一次接地點(diǎn)

運(yùn)行中電流互感器的一次接地點(diǎn)有外殼接地和電流互感器末屏接地,下面分別說明其接地的作用。

外殼接地:防止外殼處于電場中,感應(yīng)一定電壓,破壞外部絕緣,威脅人身安全,所以必須將外殼接地,《十八項(xiàng)反措》規(guī)定其接地應(yīng)有兩根與主接地網(wǎng)不同干線的連接,且需滿足熱穩(wěn)定校核的要求。

末屏接地:電流互感器的主絕緣是十多層油紙電容,相當(dāng)于十多層電容串聯(lián)而成,最外一層電容為末屏層。末屏接地時(shí),一次對地電壓均勻分布在各層之間;若末屏不接地,使末屏對地變成絕緣,由于交流電路的集膚效應(yīng),高電場主要移向靠近表面的絕緣層上,在最外層產(chǎn)生高電壓,最高可達(dá)幾萬伏。由于小套管上絕緣距離短,在幾萬伏電壓長時(shí)間作用,使絕緣擊穿,使電流互感器爆裂。

4．2二次接地

電流互感器的二次回路必須且只能有一點(diǎn)接地,一般在端子箱經(jīng)端子排接地。但對于有幾組電流互感器連接在一起的保護(hù)裝置,如母差保護(hù)、主變差動保護(hù)等,則應(yīng)在保護(hù)屏上經(jīng)端子排接地。

電流互感器二次回路必須有一點(diǎn)接地是為了人身和二次設(shè)備的安全。若二次回路沒有接地點(diǎn),接在電流互感器一次側(cè)的高電壓,將通過互感器的一、二次繞組間的分布電容和二次回路的對地電容形成電壓,將高電壓引入二次回路。如果二次回路有接地點(diǎn),則二次回路電容被短接,分到二次回路的高壓側(cè)電壓為零,從而達(dá)到保護(hù)安全的目的。