电流互感器二次故障分析

【摘 要】本文通过介绍磨心坡发电厂发生的两起电流互感器二次故障，分析电流互感器基本原理和故障产生的原因，采取必要的防止措施，提高电流互感器安全运行的可靠性，从而确保电力系统的安全运行。

【关键词】电流互感器；二次故障；原因分析；措施

磨心坡发电厂是重庆天府矿业有限公司的自备电厂，装机容量为2*6000kW，发电机出口电压6300V。自1997年4月发电机组正式运行至今已有15年，这期间电气设备出现了一些故障，电流互感器二次回路故障最为典型。

1.故障现象

故障一：1998年6月25日8：00，调试室通知：1#发电机控制台B相电流表无电流显示。电工师傅在1#发电机控制台B相电流表表后用交流750V电压表测电流表两接线端电压，电压表满格。

故障二：发电机断路器在1996年安装时选用的是少油断路器， 2006年设备更新时选用VS1-12/1250的真空断路器代替原少油断路器。在新真空断路器柜投入运行时，发电机刚并入电网，带2000kW负荷时，发电机真空断路器因差动保护动作而跳闸。

2.电流互感器的基本原理

电流互感器（即CT）是将高压系统中的电流或低压系统中的大电流变成一定量标准的小电流（5A或1A）的电器设备。

2.1电流互感器的结构特点

2.1.1一次匝数少，二次匝数多。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；其二次匝数却很多。

2.1.2铁芯中工作磁密很低、系统故障时磁密大。正常运行时，电流互感器铁芯中的磁密很低，其一次与二次保持安匝平衡。当系统故障时，由于故障电流很大，二次电压很高，励磁电流增大，铁芯中的磁密急剧升高，甚至使铁芯饱和。

2.1.3高内阻、电流源。在正常工况下，铁芯中的磁密很低，励磁阻抗很大，而二次匝数很多。从二次看进去，其阻抗很大。负载阻抗与电流互感器的内阻相比，可以忽略不计，故负载阻抗在一定范围内变化对二次电流的影响不大。可称为电流源。

2.1.4二次负载要小，二次回路不得开路。电流互感器的二次负载如果很大，运行时其二次电压要高，激磁电流必然增大，从而使电流变换的误差大。特别是在系统故障时，电流互感器一次电流可能达到额定工况下电流的数十倍，致使铁芯饱和，电流变换误差很大，不能满足继电保护的要求，甚至使保护误动或拒动。

电流互感器的二次回路不得开路。如果运行中二次回路开路，二次电流消失，去磁作用也随之消失，铁芯中的磁密很高；又由于二次匝数很多，二次感应电压会很高，有时可达数千伏，危及二次设备及人身安全。

2.2电流互感器的基本等值电路

电流互感器的一次绕组和二次绕组绕在同一个磁路闭合的铁心上。如果一次绕组中有电流流过，将在二次绕组中感应出相应的电动势。在二次绕组为通路时，则在二次绕组中产生电流。此电流在铁心中产生的磁通趋于抵消一次绕组中电流产生的磁通。在理想条件下，电流互感器两侧的励磁安匝相等，二次电流与一次电流之比等于一次绕组与二次绕组匝数比。

2.3电流互感器极性标注

电流互感器采用减极性标注的方法，即同时从一二次绕组的同极性端通入相同方向的电流时，它们在铁芯中产生的磁通方向相同。当从一次绕组的极性端通入电流时，二次绕组中感应出的电流从极性端流出，以极性端为参考，一二次电流方向相反，因此称为减极性标注。

3.故障原因分析及处理

故障一，1#发电机控制台B相电流表无电流显示。在1#发电机控制台B相电流表表后用交流750V电压表测电流表两接线端电压，电压表满格。可见此时此时的电压已经超过了750V，电流互感器的二次回路已经开路。运行中电流互感器二次回路开路，其阻抗无限大，二次电流等于零，其磁势也等于零，就不能去平衡一次电流产生的磁势，那么一次电流将全部作用于激磁，使铁芯严重饱和。由于磁饱和，交变磁通的正弦波变为梯形波，在磁通迅速变化的瞬间，二次线圈上将感应出很高的电压，其峰值可达几千伏，如此高的电压作用在二次线圈和二次回路上，对人身和设备都存在着严重的威胁。

处理：在1#发电机控制台端子排上将B111与N111短接，短接时有火花。短接后，再测B相电流表表后电压为0；更换新的电流表，拆除端子排上短接线，B相电流显示正常。

故障二，发电机纵联差动保护装设两组电流互感器：在发电机中性点侧装设一组电流互感器T1，在机端引出线靠近断路器QF侧装设另一组电流互感器T4，两组电流互感器的变比相同，两组电流互感器二次侧按环流法接线构成差动回路。以A相为例，T1-2a与T4-2a中流过的是环流，差动继电器KA13中只流过很小的差流（两组电流互感器因型号不同而产生的变比误差），所以在这种接线方式下，发电机在正常运行时，差动保护不会动作。

2006年更换发电机开关柜后，发电机刚并入电网，带2000kW负荷时，发电机真空断路器因差动保护动作而跳闸。停机检查，发现新开关柜内电流互感器二次极性与原开关柜电流互感器二次极性接线反了。当有一组电流互感器二次极性接反了时，差动继电器中流过的是2倍的电流互感器二次电流，当达到差动继电器的动作值时，差动继电器就动作了。

发电机开关对6kV母线来说，相当于进线开关；而生产厂家将电流互感器二次接线按常规的6kV馈线开关接线，致使电流互感器二次极性接线反了，才会在发电机带2000kW负荷时差动动作而使发电机断路器跳闸的事故发生。

处理：将新开关柜内电流互感器二次线反接后，再重新启动发电机，发电机断路器就正常运行了。

4.措施

4.1加强维护、检查工作

电流互感器二次回路故障率最高的是：开路现象。表现在：回路仪表指示异常，一般是降低或为零；电流互感器二次回路端子、元件线头有放电、打火现象；继保发生误动或拒动，这种情况可在误跳闸或越级跳闸时发现并处理。所以在设备正常运行时，加强电流互感器二次回路的检查，发现问题，及时处理。

4.2加装电流互感器二次回路断线监视继电器

电流互感器二次回路断线监视继电器能有效地发现电流互感器二次回路断线，并发出信号，便于处理。

4.3用微机保护取代电磁式继电保护装置

微机保护具有电流互感器二次回路断线监视功能；还能从其显示的各电气量上判断电流、电压接线的正确与否。

参考文献

[1]高永昌.《电力系统继电保护》上册.水利电力出版社，1988年11月

[2]陈景惠.《发电厂及变电站二次接线》.水利电力出版社，1992年11月

[3]熊信银.《发电厂电气部分》第三版.中国电力出版社，2006年10月

[4]中国华电集团公司电气及热控技术中心.《电气部分 电力主设备继电保护的理论实践及运行案例》.中国水利水电出版社，2009年4月