保护用电流互感器的特性检测及应用分析_刘春艳

第36卷第15期电力系统保护与控制Vol.36 No.15 2008年8月1日 Power System Protection and Control Aug. 1, 2008 保护用电流互感器的特性检测及应用分析刘春艳， 周多思（湖南省湘潭电业局, 湖南 湘潭 411104 ）摘要：通过对某一变电站变压器保护在出线故障时跳闸事件的深入调查，根据故障电流值、现场保护整定值、电流互感器及其二次回路检测数据，分析判断出误动是由于出线电流互感器保护用绕组特性与二次回路配合不当造成的。

为防止类似事件的发生，从现场已安装设备出发，通过对电流互感器的二次绕组伏安特性、二次回路负载进行检测、核算，提出了利用提高额定电流比、降低二次回路负载、选用特性满足要求的二次绕组或更换电流互感器、对速断保护定值进行限制等解决方法。

关键词: 二次绕组； 伏安特性；回路负载；检测核算Characteristic test and application analysis of protection’s CTLIU Chun-yan， ZHOU Duo-si(Xiangtan Electric Power Bureau，Xiangtan 411104，China)Abstract: This paper inquired thoroughly into the matter of transformer relay protection equipment operated when the outgoing line was malfunction in a substation. According to the fault current , relay setting current , the data of current transformer and secondary loop by checkout, it presents that error action is caused by wrong corrdination of the characteristic of secondary winding of current transformer of outgoing line with secondary loop load. To against the similar mistakes, it test and calculates electrical installations, the V/A characteristic and loop load and puts forward methods of raising rated transformation ratio, lowering loop load, selecting good secondary winding or current transformer, and restraining relay setting current.Key words: secondary winding; V/A characteristic; loop load; check up中图分类号： TM452 文献标识码： B 文章编号： 1674-3415(2008)15-0094-050 引言电力系统的飞速发展使供电容量越来越大、网络结构越来越复杂，要求各级继电保护的灵敏度越来越高、配合级差越来越小；电子技术、计算机技术的飞速发展又为继电保护满足系统的要求成为了可能[1，2]。

但继电保护能否充分发挥作用，受到现场一、二次设备性能及回路附属设备等因素的制约。

其中受试验设备容量的限制、从试验安全性角度考虑，现场无法直接带二次回路模拟电流互感器保护绕组是否能正确反映出一次故障短路电流，即无法检测出该电流互感器保护绕组的准确限值系数[3]是多少，由于电流互感器二次绕组与二次回路配合选用不当造成保护拒动、误动的事件时有发生，特别是35 kV及以下系统大量采用断路器内置式电流互感器，受铁芯体积的限制，出现大量保护用电流互感器特性变差，而更换又成本过高（需与断路器一同更换）；因此引起了更多的关注，如何正确检测、核算、分析，解决现场存在的问题，达到提高电网安全、可靠运行的目的，本文进行了相关内容的探讨，以供参考。

1 事故描述及分析2005年4月，110 kV长岭变1#主变35 kV侧限时电流速断保护动作410开关跳闸，35 kV出线无保护动作，检查35 kV母线无异常,35 kV 402出线回路有近区短路故障。

将402开关手动拉开后，合上410开关送电成功。

事故后对402开关和保护回路进行了检查试验，未发现异常，开关和保护均动作正常。

跳闸前系统一次接线简图如图1。

查主变保护动作记录和故障录波，得出故障时410回路一次电流有效值如下：A相302 A；B相2187 A；C相1735 A；持续时间618 ms。

查110 kV长岭变1#主变35 kV侧410限时速刘春艳，等保护用电流互感器的特性检测及应用分析- 95 -断与出线402速断保护配合，时间级差为0.5 s,保护整定通知单与现场定值一致。

保护定值如表1。

图1 系统一次接线图Fig.1 Electric primary system表1 保护整定数据Tab.1 Relay protection equipment setting data间隔名称 电流互感器变比速断保护整定电流速断保护整定时间故障一次电流启动速断保护动作值410 600/5 13.8 A 500 ms 1656 A402 300/5 22 A 0 ms 1320 A通过以上数据分析可知，故障时一次电流B、C相电流有效值和持续时间均大于410、402速断保护启动值。

1#主变35 kV侧限时速断保护动作正确，402速断保护拒动。

查402保护回路所接电流互感器对应铭牌标志绕组为4K1K2，变比为300/5，准确级为10P；准确限值系数未标明。

（该站35 kV电流互感器均为断路器内置式，与断路器整体绝缘绕注，参数标示严重不全）实测402保护回路所接电流互感器绕组变比无误为300/5。

将402电流互感器一次侧开路，解开二次绕组负载回路，在二次保护绕组上施加交流可变电压，读取回路电压、电流值，并计算得出绕组内部等效阻抗值如表2。

表2 绕组测算数据Tab.2 Measured and calculated data of windingU S/V16 32 36 38 39 40 41 42 43I S/A0.1 0.2 0.4 0.7 1 2 3 5 10Z S/Ω160 160 90 54.339 20 13.7 8.44.3根据表2绘制出电压与电流的对应关系曲线（即伏安特性曲线）如图2。

从图2曲线可以看出402电流互感器保护用二次绕组拐点电压约为35 V、极限饱和电压约为43 V。

（用同样的方法检测变比为300/5的其他绕组、拐点电压和极限饱和电压均较此绕组低10 V左右，以此判断该绕组是厂家提供给保护用的绕组。

）S/AI图2 伏安特性曲线Fig.2 V/A characteristic curve根据表2绘制出内部等效阻抗随电压变化的关系曲线（阻抗特性曲线）如图3。

图3 阻抗特性曲线Fig.2 Impedance characteristic curve从图3曲线可以看出，当端电压小于拐点电压时，内部等效阻抗值较大，比较稳定，当端电压大于拐点电压后内部等效阻抗值下降较快，当端电压趋于极限饱和电压值时，内部等效阻抗值趋近于0。

断开402电流互感器二次绕组回路，在二次负载回路施加交流可变电压，读取回路电压、电流值，并计算得出二次回路负载如表3。

表3 负载回路测算数据Tab.3 Measured and calculated data of loop loadU S/V 2.16 4.32 6.48 8.64 10.8I S/A 1 2 3 4 5Z S/Ω 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16从表3可以看出，负载回路阻抗不随电压变化，保持不变。

正常运行时，电流互感器的等值电路图如图4。

电流互感器的内部等效阻抗Z S为Z ct（二次绕组阻抗，图中X ct、R ct）与Z e（励磁阻抗）之和；由于二次绕组阻抗Z ct一般不超过0.2 Ω, 约为励磁阻抗Z e的0.1%～1%,且不会在电流互感器出现饱和时发生变化,因此可用励磁阻抗Z e替代内部阻抗Z S。

电流互感器的等值电路图可简化如图5。

故障时运行分析：随着一次电流的增大，二次电流（即i s）相应增大，当U s超过拐点值后，Z e回路的分流系数开始明显增大，对应故障时一次电流402电流互感器保护绕组二次全电流为：- 96 - 电力系统保护与控制I B =2187/（300/5）=36.5 A I C =1735/（300/5）=28.9 AfzZ注：E s 为二次感应电动势；U s 为二次负荷电压； I p 为一次电流；I p /K n 为二次全电流； I s 为二次电流；I e 为励磁电流；N 1为 一次匝数； N 2为二次匝数；K n 为匝数比（K n =N 2/N 1）； X ct 为二次绕组电抗；R ct 为二次绕组电阻； Z fz 为二次负荷阻抗（包括二次设备及连接导线）； Z e 为励磁阻抗。

图4 电流互感器的等值电路图 Fig.4 Equivalent layout of current transformeri fz注：i s 为对应一次电流的二次全电流；Z fz 为二次负荷阻抗（包括二次设备及连接导线）；Z e 为励磁阻抗；U s 为二次负荷电压；I e 为励磁回路电流；I fz 为二次负荷电流（即通过保护回路的电流）图5 电流互感器简化等值电路图Fig.5 Simple equivalent layout of current transformer保护回路对应于不同一次电流各回路分流变化如表4。

表4 故障运行分析表 Tab.4 Failure distribution项目 线性 区间 对应拐点电压 逐渐饱和区间 对应故障I C 极限饱和点对应故障I B i s /A7.5 15.0 24.5 28.9 30.036.5 U s / V 16.0 32.0 42.1 42.8 43.043.0 Z e /Ω 160.0 160.0 8.42 4.71 4.30 2.59 Z fz /Ω2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 Z e 分流%1.3%1.3% 20.4%31.4% 33.4%45.5%Z fz 分流% 98.7% 98.7% 79.6%68.6% 66.6%54.5%I e /A 0.10 0.20 5.00 9.09 10.0016.59I fz /A7.4114.8119.4919.8119.9119.91从表4中可看出，受极限饱和电压U s 的影响，无论故障时二次绕组全电流i s（对应故障一次电流）如何变化，流经保护回路的电流I fz 不超过20 A，这就是402速断保护（整定值为22 A）不能动作的原因。