一種查找互感器多點接地的方法分析

王廷旺，譚金龍，張良武，南東亮，袁煥炯

（1.國網新疆電力科學研究院，新疆 烏魯木齊 830000；2.國網新疆電力有限公司 檢修公司，新疆 烏魯木齊 830000；3.廣州市仟順電子設備有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

互感器是通過變壓器原理將高壓電網的電壓和電流轉換成低電壓與低電流，提供給表記計量、繼電保護等設備測量和保護的數值依據。正常運行的情況下，互感器二次回路設有一個中性點接地，以保證設備和工作人員安全，避免高壓擊穿造成危害[1]。

互感器二次回路出現兩點或者兩點以上接地點，屬于互感器多點接地故障。互感器多點接地故障會導致互感器二次回路電壓和電流異常，如相電壓偏高、中性點漂移等，導致PT二次回路電壓、電流數據不能正確反映一次側電壓和電流的情況，嚴重時甚至造成電流表誤指示，繼電保護誤動和拒動等故障[2]。尤其是保護誤動和拒動，有可能導致大面積停電，甚至發生燒毀設備等嚴重事故。

《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》和GB/T14285ü2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》都有明確規定，PT和CT分別只允許有且只有一個接地點[3]。

由于線路絕緣老化、圖紙錯誤以及施工工藝等原因，常常導致互感器多點接地故障，特別是N線的多點接地故障。正常運行時，因為N線本身無電流，且設備接地點眾多，所以導致N線多點接地易發而且很難發現，從而給電網的穩定運行帶來威脅。要重視互感器多點接地故障的危害，及時排除故障，保證電力系統正常穩定運行[4]。

1 PT多點接地的傳統檢查方法

1.1 直接測量接地電流

正常運行情況下，多組互感器二次回路通過N600集中一點接地或單組互感器二次回路單獨一點接地時，大地與二次回路間沒有形成回路，因此正常接地點沒有電流。而互感器二次回路出現兩點接地時，大地和互感器就會形成回路。如圖1（a）所示，如果是相線接地，相線的電流就會被大地回路分流，從而能在正常接地點測到電流。如圖1（b）所示，如果是N線接地，發電站地網之間的電壓差為Us，會導致接地回路有電流，也能在正常接地點測到該電流，但電流很小，一般為20～200 mA。

圖1 互感器多點接地方式

由此可知，如果互感器存在多點接地故障，那么在正常的一點接地點上能夠測量到漏電電流。利用這一原理，使用鉗形電流表直接測量正常接地點的電流。原則上，如果正常接地點存在50 mA或以上電流，則可判定為存在互感器多點接地故障。如果低于50 mA，則可認為無多點接地故障，所測到的電流為系統電容的容性電流。

直接測量接地電流的方法只能判斷該接地點上的互感器有無多點接地故障，不能判斷是哪一個組別互感器發生了故障，并且對于N線多點接地的故障判斷不夠準確。

1.2 可變電阻法檢測多點接地故障

可變電阻法檢測互感器多點接地故障的原理如圖2所示，在接線和操作過程中需做好充分的絕緣防護，如絕緣手套、絕緣鞋以及絕緣墊等。斷開N線與地網的可靠接地點前，在N線與地網間接入刀閘K，并處于合位，然后在N線與地網之間接入一個刀閘K1和一個滑變電阻，兩者串聯。

圖2 可變電阻法檢測互感器多點接地原理

確認接線準確無誤后，解開N線的可靠接地點，調節滑變電阻使其電阻為0 Ω，閉合刀閘K1，打開刀閘K，慢慢增大滑變電阻的阻值（電阻值不應大于10 Ω），測量并觀察記錄N線電流。正常情況下，由于互感器和地網之間只有一個連接點，不形成回路，因此N線上的電流不變。假如N線上的電流隨接地電阻的變化而變化，說明互感器和地之間有另一個接地點。兩個接地點之間形成回路，導致互感器電流發生變化，N線電流也隨之發生變化[5]。

通過接入可變電阻的方法可以準確判斷互感器是否存在多點接地故障，但也有以下幾個不足之處：（1）接線較多，設備在運行，存在較大安全風險；（2）操作復雜，排除效率低；（3）無法確定故障互感器的組別以及接地故障位置。

2 信號注入法的原理

信號注入法的原理如圖3所示，在互感器的可靠接地點處耦合一個低頻信號If，可靠接地點相當于一個只能輸出該低頻信號的特殊電壓源[6]。當互感器沒有其他接地點時，該特殊電壓源就不形成回路，因此特殊信號無法進入互感器回路；當互感器存在其他接地點時，兩個接地點與該特殊電壓源之間就會形成回路，而且該特殊信號If就會在回路上流過。使用電流帶波形顯示的鉗形電流表追蹤該信號，可以查找到故障接地點的位置。

圖3 信號注入法原理

信號注入法的優點是：（1）能夠準確判斷多點接地故障，判斷存在接地故障的互感器組別。（2）使用帶波形顯示的鉗形電流表追蹤該特征信號，能夠準確查找出接地點的位置，極大地提升了故障排查地效率。信號注入法的缺點是二次回路阻抗使低頻信號衰減較大，對于高電阻接地檢測效果較差，此外注入信號法對互感器二次回路甚至一次回路存在的影響未知。

3 注入信號對電力系統影響分析

在互感器二次側注入信號，需要考慮注入信號對一次電流參數變化的影響，如是否導致一次側其他繼電保護誤動等。為計算互感器二次回路對電力系統的影響，需要構建一個電力系統和互感器等效電路模型，采用變壓器模型來建立互感器模型，具體如圖4所示[7]。電力系統用導線和元件RT與jXT串聯來模擬，其T型等效電路如圖5所示[8]。

圖4 互感器模型

圖5 互感器的T型等效電路

圖5中的RT、XT、BT以及GT分別為電力系統中等效參數的電阻、電抗、電納、電導，對應的計算公式為：

式中，SN、UN、IN為互感器額定功率、額定電壓以及額定電流；US為短路電壓；I0為空載電流；P0為空載輸入功率；ΔP0為空載損耗；ΔPFe為鐵耗；ΔPk互感器二次側短路損耗。在式（1）中，若已知變壓器額定電流IN，可以用IN計算電阻RT，若已知額定電流位置則可用短路損耗ΔPk和額定容量的關系推算。假設注入二次回路的信號為I2，則一次電路感應的電流I為：

為保證電力系統不受注入信號的影響，二次側注入信號應有一個約束條件，此條件使注入信號導致的一次側電流I在幅值和相位上波動不大，避免導致保護誤動與損壞設備等不良后果[9.10]。

4 結 論

本文介紹了兩種傳統的互感器二次回路多點接地的檢查方法，分析了其優缺點，提出了一種基于信號注入法查找PT多點接地故障的新方法，并分析了該方法的優點和對系統的影響。所提出的基于信號注入法原理的互感器多點接地查找方法，對PT查找工作和新設備研發有借鑒意義。排查互感器多點接地故障，及時排除故障，對保障電力系統正常運行和避免重大經濟損失具有積極意義。