電流互感器二次回路故障特征分析

彭夢飛，王 斌，宋 池

（國網荊州供電公司，湖北 荊州434000）

0 引言

電流互感器（TA）是供保護、測量、計量等裝置采樣的重要二次設備［1-3］，其二次回路接線故障包括相序接反和極性接反［4-6］。變電站繼電保護裝置二次極性的正確與否關系到保護裝置的正確可靠動作，是變電站安全穩定運行的重要保證［7-12］。

規程規定在電流二次回路發生變動后，須帶負荷測極性，合格后方可投運［13-16］。目前，有學者在主變相量測試中實現了自動繪制六角圖［20-23］，但是對于單電流互感器的帶負荷測試還依賴手繪六角圖［17-20］。本文研究單電流互感器二次回路故障的特征量，為自動測試提供診斷依據［21-24］，并為檢修人員進行六角圖分析提供參考。

1 六角圖原理

對單只電流互感器而言，二次電流回路接線正確時，三相電流應呈正序、幅值相等［25-30］。圖1為某電流互感器二次繞組的六角圖。A 相電流超前B 相電流120°，B 相電流超前C 相電流120°，C 相電流超前A 相電流120°，三相電流順序為ABC，θ1= θ2= θ3。

圖1 某電流互感器二次繞組的六角圖Fig.1 Hexagonal diagram of secondary winding of current transformer

在實際運行過程中，由于人為原因，電流互感器二次繞組到保護、測量、計量等實際裝置之間的接線可能出現不同類型的故障，為此本文對其一一舉例分析。

2 故障分析

六角圖試驗時，一般通過校驗母線功率平衡或比對線路對側功率的方式，確定被測間隔的有功P 和無功Q。根據計算公式P = UIcosθ和Q= UI sinθ，得出同名相電流電壓之間的夾角θ。通過相位表可以測出同名相電流電壓之間的夾角θ′。因此，同名相電流電壓之間的夾角變化量計算公式為Δθ = θ′- θ。

為了理解方便，規定圖1 為該電流互感器正確接線方式下的六角圖。規定UA和IA之間的夾角變化量為Δθ1，UB和IB之間的夾角變化量為Δθ2，UC和IC之間的夾角變化量為Δθ3，角度增大為正，角度減小為負。

2.1 TA二次繞組極性接反

TA二次繞組極性接反有3種情況，分別是一相極性接反、兩相極性接反和三相極性接反。以A 極性接反為例說明，如圖2所示。

圖2 A相極性接反Fig.2 Wrong polarity of A-phase current

圖2中，A極性相反時，A相電流角度增大了180°。據此，推出七種不同故障的特征量，見表1。

表1 TA二次繞組極性接反的故障特征量Table 1 Characteristic quantities of current polarity reversal

2.2 TA二次繞組相序接反

兩相TA二次繞組相序接反有兩種情況，兩相相序接反和三相相序接反。以AB相序接反為例說明，如圖3所示。

圖3 中，AB 相序接反時，A 相電流角度增大了120°，B相電流角度減小了120°。據此，推出五種不同故障的特征量，見表2。

2.3 TA 二次繞組兩相相序接反，一相或兩相或三相極性接反

圖3 AB相序接反Fig.3 Phase mistake of AB-phase current

表2 TA二次繞組相序接反的故障特征量Table 2 Characteristic quantities of current phase mistake

TA二次繞組兩相相序接反，一相或兩相或三相極性接反有3 種情況，分別是TA 二次繞組兩相相序接反，一相極性接反；TA二次繞組兩相相序接反，兩相極性接反；TA 二次繞組兩相相序接反，三相極性接反。以AB相序接反，C相極性接反為例說明，如圖4所示。

圖4 AB相序接反，C相極性接反Fig.4 Phase mistake of AB-phase current and wrong polarity of C-phase current

圖4 中，AB 相序接反時，C 相極性接反，A 相電流角度增大了120°，B 相電流角度減小了120°，C 相電流角度增大了180°。據此，推出21 種不同故障的特征量，見表3。

2.4 TA 二次繞組三相相序接反，一相或兩相或三相極性接反

TA二次繞組三相相序接反，一相或兩相或三相極性接反有3種情況，分別是TA二次繞組三相相序接反，一相極性接反；TA二次繞組三相相序接反，兩相極性接反；TA二次繞組三相相序接反，三相極性接反。以電流順序為BCA，A相極性接反為例說明，如圖5所示。

圖5中，電流順序為BCA，A相接反時，A相電流角度增大了60°，B相電流角度減小了120°，C相電流角度減小了120°。據此，推出14 種不同故障的特征量，見表4。

表3 TA二次繞組兩相相序接反，一相或兩相或三相極性接反的故障特征量Table 3 Characteristic quantities of two-phase current phase mistake and one or two or three phases current polarity reversal

圖5 電流順序BCA，A相接反Fig.5 Current sequential is BCA and phase of A-phase current is wrong

3 結語

本文通過分析電流互感器二次回路三相電流的相序和極性，歸納整理電流互感器二次回路故障，包括4大類、47 種故障。在不同故障類型下，三相電壓和三相電流之間夾角的變化量各不相同，存在唯一性，因此，可以作為電流互感器二次回路故障的特征量。此外，該特征量可作為開發六角圖自動測試軟件的邏輯判據，也可作為現場測試人員分析六角圖的依據，甚至可省去繪制六角圖，從而提高帶負荷測試效率和準確率。

表4 三相TA二次繞組相序接反，一相或兩相或三相極性接反的故障特征量Table 4 Characteristic quantities of there-phase current phase mistake and one or two or three phases current polarity reversal