基于電流互感器的二次回路故障智能檢測方法

孫 琪

（山西省機電設計研究院，山西 太原 030009）

0 引 言

整個電能傳輸系統在電力資源的產生、傳輸、入戶以及使用中，廣泛應運用電流互感器。它和各類二次系統儀器共同掌管著電力，監管監測電能資源的同時，還與各家各戶及各變電站的繼電保護器相連，達到保護運行線路、保障電能傳輸的目的。實際工作情況下，高電壓帶來電路系統磨損和二次回路故障，所以需促使相關電力計量部門加強檢測電流互感器的二次回路故障，并做好預防措施。

1 電流互感器二次回路故障的主要內容

1.1 兩點接地問題

電流互感器出現兩點接地會導致整體電路系統二次回路導入大地產生線路分流。一次系統中的電流不能被二次系統有效體現，二次系統無法反映一次系統的運轉狀況，從而導致二次監控系統出現錯誤判斷和錯誤運行。

1.2 電路的斷路問題

電流互感器原理線路如圖1所示，其中W1和W2分別為一次繞組和二次繞組。如果電流互感器出現電路斷路，二次系統將無法及時接收一次系統的電流情況，會在互感器二次端產生高電壓，對人員的生命財產安全造成威脅[1]。根據電流互感器能量不變定律可知，這種情況下斷路后電壓會突然增大，從而造成不可估量的嚴重后果。

圖1 電流互感器原理線路

1.3 各種電氣設備接線錯誤問題

一個電流互感器需連接多種電氣設備，一旦出現人為失誤致使電氣設備間的接線混亂，極有可能造成整體電路系統短路，影響整個電路系統的安全運轉和人員的生命安全。

2 電流互感器故障檢測方法概述

2.1 絕緣性檢查法

斷開被測電路系統的接地端，使用相適應的絕緣電阻測量儀測量電路系統的絕緣性。這種方法不僅能快速找出電路系統的接地點，還能測試電路系統的絕緣性，屬于較為實用的電路檢測方法，但無法更進一步檢測出電路系統潛在的其他問題[2]。

2.2 電路直流測試法

2.2.1 歐姆表檢測法

利用歐姆表的特性，歐姆表接入電路系統時整個電路系統會出現低阻抗。此時，必須把電路二次系統中連接電纜的全部轉接點斷路，隔斷內部電線，使相互之間不產生感應作用，確保檢測工作的正常運行。這種方法可以確認電路的回路情況，但工序較為復雜，且無法同時檢測電路其他性能。

2.2.2 搭建電流互感器綜合檢測法

斷開電路系統的連接端，實現電流互感器和二次回路的清晰分離，搭建測試線路測量互感器回路的各項數據。此種方法可以較容易地測試互感器誤差和各種性能，也可推導出電流互感器二次系統的組別特性。檢測過程中可自動檢測互感器的電流比，還可檢測一次系統和二次系統是否有開路或短路、變比是否正確以及二次系統是否存在接觸不良等。另外，測試并顯示被檢互感器的匝數補償值和二次繞組內阻抗，根據測試結果推算補償匝數、鐵芯材料、截面大小、最大磁導率下的磁場強度以及儀表保安系數（FS）等。這種測試方法是一種較高效率的電流互感器系統的檢測方法[3]，原理是基于現場電流互感器和相應電壓互感器的誤差相同，將被檢電流互感器當作電壓互感器進行檢定和朔源。電壓互感器在相當于200%～1 000%的額定電流（電壓）下測試被檢互感器的誤差和導納，再通過低壓測導納推出在1%或5%～120%額定電流（電壓）下的誤差。這種方法適用于現場電流互感器的檢定。

2.2.3 自身極性檢測法

將一塊干電池的正負極分別接在電流互感器一次系統的極性端和非極性端，然后把二次回路斷路，精確測量斷路端子處的電流。根據電流互感器的特性，依次用干電池的正極與一次系統和二次系統進行斷連測試，觀察電流表的指針變化，判斷電流互感器一次系統和二次系統的極性以及互感器性能的穩定性[4]，其中測試中的電流表為指針式機械表，如圖2所示。這里W1和W2分別為一次繞組和二次繞組。

2.3 一次系統通流法

研究電路系統中一次系統和二次系統磁連接的特點，同時檢測磁連接是否準確，包括短路通地回路法和一次系統流通法兩種方法。

2.3.1 短路通地回路法

電路系統接入變壓器時，一次系統和變壓器連接處實施短路并接入地線，使得電源、變壓器、地線以及地表形成回路。一次系統內出現小于自身工作電流的短路電流時，所有的一次系統電氣設備和二次系統都會因為電磁感應產生微小電流。這時檢測二次系統中的電流方向和大小，可檢測電路系統的連接是否準確[5]。必要時還可以根據實際需求變更一次系統的通電情況，檢測二次回路的電路情況，從而體現出二次系統與一次系統的通電關系。這種方法實用性和效率較高，適用范圍廣，但一次回路的電流上調幅度較小，大電流的電路系統無法檢測電流互感器在二次回路的運行情況。

圖2 極性測試法示意圖

2.3.2 一次系統通電法

選擇使用大容量的升流系統，將輸入端直接接入被測電流互感器的一側，調整升流設備，通入大電流。一般通入一次系統標準工作電流，此時接入電氣設備檢測二次系統的電流特性和大小，根據電流互感器的工作原理和工作特性，結合電路的基本理論，推測二次回路連接是否正常。與短路接地回路法不同，它可以通過增大一次系統中的電流檢測二次回路的通電情況，但是無法模擬有變壓器組參與的實際電路系統，檢測作用不佳。

3 電流互感器容易出現的問題

3.1 電流互感器接地

根據電流互感器的工作特性，在額定電壓下正常運作時，電流互感器中的一次系統與二次系統間沒有直接的電連接，只有較為安全的磁連接。所以，在電流互感器的二次端檢測電氣設備時，工作人員并不會被電路系統攜帶的超高壓威脅生命安全。如果電流互感器中一次系統的絕緣系統遭到損壞或磨損，會使一次系統的高電壓連接到二次系統上，影響二次系統中各電氣設備的性能，從而增大了工作人員接觸到超高電壓的風險。為防止此類安全隱患的產生，所有電流互感器都會將二次系統的二次線圈接入地線。它是保障電流互感器二次系統正常運行和工作人員人身財產安全最有效的屏障。所有電路系統中電流互感器在投入運行前務必加強檢測工作，謹防電流互感器二次點接地和一次系統絕緣性被破壞，一旦出現電路電纜損壞，需立即進行斷電搶修。

3.2 電流互感器二次系統形成斷路

3.2.1 可能出現斷路的原因

由于電路系統設計缺陷，導致滑片未有效連接金屬片導致線路斷路。二次系統中端子連接不良，導致通過大電流時溫度過高或線路過度氧化造成斷路。戶外的電路互感系統由環境影響，二次系統中發生電纜內芯斷裂損壞或端子生銹磨損等導致線路斷路[6]。

3.2.2 出現二次斷路造成的后果

由電流互感器的原理，得互感器產生的電壓與匝數的關系為：

其中，E1是電流互感器一次端產生的電壓，E2是二次端產生的電壓，W1為互感器一次端的線圈匝數，W2為二次端線圈的匝數。

電流互感器變比K為：

二次系統的負荷直接決定電路系統的輸出電壓，所以電流互感器絕對不能出現二次斷路現象。一旦斷路，根據互感器原理可知，一次系統的電流全部轉變成勵磁電流，增加到原始工作電流的幾百甚至幾千倍，二次產生的瞬時感應電壓也能達到幾千伏，鐵芯的磁通量會急劇增加，導致電流互感器溫度升高，可能會起火燒壞電路。此外，二次系統斷路，回路上的繼電保護設備會因沒有電流而無法工作，且斷路產生的不平衡電流還可能影響差動保護和零序保護。所有二次系統斷路都有可能引發電路系統內部的溫度升高甚至著火，導致線路絕緣體發生擊穿，造成單項電路接地等安全問題。

3.2.3 電流互感器不滿足精度要求

電流互感器不滿足精度要求一般是外接負荷不合適引起的，必須重新檢查一次連接和二次連接導線的接觸是否良好，檢查截面積的大小，否則會影響關口表計的準確性和可靠性。

4 結 論

電流互感器是電能傳輸系統二次回路上至關重要的電氣設備，起到保護電路的作用，同時向繼電保護系統提供信號，測量電流等參數，保證電能傳輸工作有序運行。綜上所述，檢測電路系統中電流互感器的二次系統回路，應該依據被測電路系統的實際情況、電流互感器的工作原理和特性以及線路上其他電氣設備的連接進行調整。技術人員根據被測電路和現場環境靈活變通，結合運用多種檢測手段培養強烈的工作責任心，與企業、電力公司等相關部門聯合，增加設備監管巡查力度，排查安全隱患和電路故障，嚴防電能傳輸系統二次回路可能出現的一切問題，在保證電路和人身安全的前提下，高效率、高質量地完成檢測工作。