電流互感器自復(fù)位二次過電壓保護(hù)報(bào)警機(jī)制

趙新力，劉志強(qiáng)，陳更，齊英偉，許才

1.國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司通遼供電公司，內(nèi)蒙古通遼，028000；2.國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特，010020

0 引言

電壓互感器二次回路發(fā)生故障就可能對(duì)繼電保護(hù)造成較大影響，破壞系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文主要分析電壓互感器二次回路隱患排查意義及隱患類型，提出電流互感器自復(fù)位二次過電壓保護(hù)報(bào)警機(jī)制。

1 電流互感器自復(fù)位二次過電壓隱患排查的意義

重視二次回路電流互感器隱患的調(diào)查，具有重要的實(shí)用價(jià)值。首先，通過對(duì)電流互感器自復(fù)位二次過電壓隱患的科學(xué)排查，可以有效避免隱患造成的危害，保證電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，盡可能減少電力企業(yè)在運(yùn)行過程中的損失和損害。其次，對(duì)電流互感器自復(fù)位二次過電壓的隱患進(jìn)行排查，也可以確保工作人員的生命安全。它不僅對(duì)電力系統(tǒng)本身負(fù)責(zé)，而且有助于確保電力安全[1]。

如果施工人員在設(shè)置接線端子時(shí)用力不當(dāng)，或在處理過程中安全措施不到位，可能會(huì)損壞接線端子頭的壓接部分，造成處理過程中的隱患，影響后續(xù)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定有序工作。想要消除電流互感器和二次回路的隱患，就必須更加注意這些問題。在消除電流互感器及二次回路隱患的過程中，通過加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、定期檢驗(yàn)、施工調(diào)試等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，盡可能降低隱患發(fā)生的概率。

2 導(dǎo)致電流互感器自復(fù)位二次過電壓的常見隱患問題

結(jié)合目前的情況，對(duì)于電流互感器電路來說，電流輸出過程中斷路或偏差大是一個(gè)常見的隱患。對(duì)于斷路電路，根據(jù)電流互感器的結(jié)構(gòu)分析，高壓將從二次側(cè)反射，這對(duì)設(shè)備及其操作人員的安全構(gòu)成危險(xiǎn)。電流互感器輸出回路出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因一般是電流互感器本身和端子的質(zhì)量問題。對(duì)于輸出電壓誤差，較大的誤差通常是由電流互感器本身的質(zhì)量問題引起的。正因?yàn)槿绱耍a(chǎn)出問題才會(huì)存在。導(dǎo)致大電流偏差的另一個(gè)影響因素是電流互感器的電路接地。在這種情況下，電路中將有分路。

例如，在2021年，110kV輸出主變壓器、35kV側(cè)斷路器的CT相B發(fā)生漏油，導(dǎo)致CT油位降低，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全。CT關(guān)閉，導(dǎo)致整個(gè)電廠完全關(guān)閉。停電時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢查員對(duì)電流互感器進(jìn)行分析和檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)CT二次引出端子3S1、3S3的密封板有碳化損傷，如圖1所示，導(dǎo)致CT引出端子與密封板間隙漏油，更換整個(gè)絕緣板后無漏油現(xiàn)象。

通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比分析，CT 3S1和3S3端子未被外部接線壓緊螺栓完全壓緊，導(dǎo)致接觸不良和發(fā)熱，導(dǎo)致密封板長(zhǎng)期發(fā)熱。高負(fù)荷期后，負(fù)荷電流增大，加熱進(jìn)一步加劇，導(dǎo)致絕緣板加熱中心碳化損壞，端子間有間隙，導(dǎo)致漏油。發(fā)電廠在2021年度的維修中對(duì)CT進(jìn)行了預(yù)防性試驗(yàn)。在測(cè)試過程中，接線端子被一次又一次地分解。在恢復(fù)接線的過程中，由于維修人員的疏忽和驗(yàn)收過程不嚴(yán)，最終會(huì)出現(xiàn)缺陷。如果故障進(jìn)一步加劇，甚至?xí)?dǎo)致二次回路斷路和CT擊穿[2]。

3 電流互感器二次側(cè)過電壓保護(hù)器的作用和原理

電力設(shè)備安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用電流互感器和二次過電壓保護(hù)器，保證后端連接的電流、電壓檢測(cè)設(shè)備之間的安全。由于電流互感器在電網(wǎng)中起著電壓轉(zhuǎn)換的作用，它構(gòu)成了一個(gè)感應(yīng)裝置。如果二次側(cè)電流被切斷，或一次側(cè)短路或過載，兩端會(huì)形成非常高的電壓，這將立即損壞后端連接裝置，并對(duì)設(shè)備造成重大損失。因此，避免這種突然的電流變化是非常重要的。目前，國(guó)際市場(chǎng)上主要使用電流互感器和二次過電壓保護(hù)器。主要采用以壓敏電阻為核心的電壓采集設(shè)備。但是，由于壓敏電阻會(huì)有較大的泄漏電壓，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用，會(huì)危及精密檢測(cè)設(shè)備的后端。因此，迫切需要一種新的電流采集裝置來彌補(bǔ)壓敏電阻的缺點(diǎn)。氣體放電管是一種新型的電流采集設(shè)備。它不僅具有壓敏電阻的電流敏感特性，而且具有更高的絕緣性能。其泄漏電流特別小，約為一般系統(tǒng)運(yùn)行中壓敏電阻泄漏電流的千分之一。使用電耦合模式，電流互感器可以調(diào)整電流電路的各種電壓值，以將兩次產(chǎn)生的最大電壓更改為1A至5A。因此，它可以通過各種保護(hù)裝置、檢測(cè)設(shè)備和測(cè)控單元，適用于電壓測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)設(shè)備等。它是采集一次側(cè)電流信號(hào)的主要載體。電流互感器可以將大電流按百分比轉(zhuǎn)換為小電流，通過一次線圈連接到系統(tǒng)，通過二次線圈連接到檢測(cè)儀表和繼電保護(hù)系統(tǒng)。它可以分為兩種情況。一是用作檢測(cè)設(shè)備，主要用于檢測(cè)和測(cè)量運(yùn)行設(shè)備的電壓。二是用作保護(hù)裝置，主要安裝繼電器。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路、過載、斷開等故障時(shí)，通過向繼電器安裝提供信息，斷開故障電路，確保供電系統(tǒng)的安全可靠[3]。

4 電流互感器自復(fù)位二次過電壓保護(hù)報(bào)警設(shè)備——以氣體放電管為例

4.1 氣體放電管的選型

國(guó)內(nèi)有氣體放電管生產(chǎn)廠家一般包括Witco、鎮(zhèn)江電子管廠、濱威、新鉑錸電子產(chǎn)品有限公司等，國(guó)外包括TDK_uuEPC、LittelfuSe等廠家。由于國(guó)外廠家產(chǎn)品價(jià)格普遍較高，訂貨周期較長(zhǎng)，對(duì)于一些常見的工業(yè)應(yīng)用（非室外、室內(nèi)等工業(yè)應(yīng)用），國(guó)內(nèi)制造的有氣體放電管可以滿足要求。因此，在本項(xiàng)目中，首次使用了新的東莞鉑錸電子有氣體放電管。選擇定時(shí)期間，必須根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇正確的包裝、材料和電氣參數(shù)。充氣管可以同時(shí)安裝在插件和芯片的封裝中，陶瓷插件也可以封裝在本項(xiàng)目中。

4.2 氣體放電管選型的主要參數(shù)測(cè)量

氣體放電管的型號(hào)：BlSg150a-l。

（1）直流釋放電壓測(cè)量（150±25%）：由于氣體放電管的直流釋放電壓具有色散特性，具有一定的應(yīng)用范圍，根據(jù)數(shù)據(jù)表中的參考值，直流釋放電壓的應(yīng)用范圍約為dc150v+25%。

首先，在氣體放電管的一端連接一組限流接地電阻器（電阻值和輸出功率根據(jù)使用條件設(shè)定）。這里選擇的低功率電阻一般為30ΩA/1000W。電壓調(diào)節(jié)器用于模擬工作電壓的上升斜率。當(dāng)壓力值可以超過直流擊穿工作電壓區(qū)域時(shí)，氣體放電管開始對(duì)電池放電，并將高配置信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電阻狀態(tài)。

（2）沖擊電壓檢測(cè)（5kA）：需要一個(gè)8/20US的專用雷電電流發(fā)射裝置，一端與雷電電流發(fā)射端連接，另一端接地。直流放電電壓和絕緣電阻之間的電流差設(shè)置為5kA后，繼續(xù)測(cè)試。總共進(jìn)行了五次測(cè)試，以查看結(jié)果是否有任何重大變化。

（3）工頻耐受電壓（5A）：使用直流放電電壓測(cè)量電路，當(dāng)充電管兩端電壓達(dá)到直流放電電壓時(shí)，充電管打開設(shè)計(jì)的5A電流保護(hù)，持續(xù)時(shí)間為1min（試驗(yàn)時(shí)限作為實(shí)際使用場(chǎng)地的參考，本工程采用電流互感器二次側(cè)防雷，采用過電壓保護(hù)設(shè)備，回路過電壓一般持續(xù)時(shí)間較短）。試驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)測(cè)試直流放電電壓和絕緣電阻，查看所有靜態(tài)值項(xiàng)目是否在規(guī)定范圍內(nèi)。

（4）絕緣材料電阻：施加50或100V直流工作電壓時(shí)測(cè)得的氣體放電管電阻為1000MΩ。

（5）工作溫度范圍：工作溫度范圍一般在55℃~+125℃左右。但是，由于實(shí)際試驗(yàn)條件難以滿足本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，通常根據(jù)實(shí)際應(yīng)用所需的工作溫度范圍進(jìn)行測(cè)量。由于本項(xiàng)目屬于一般工業(yè)應(yīng)用環(huán)境（20℃~+60℃），市場(chǎng)上常用的高低溫箱均可滿足此要求。分別在高溫和低溫下測(cè)量直流放電電壓和工頻耐受電壓。

（6）極間電容值檢測(cè)：一般情況下，釋放管寄生電容的影響范圍不大，極間電容材料一般在一區(qū)。因此，電極間電容值可以在較寬的頻率控制范圍內(nèi)保持一定的近似條件。因此，同型號(hào)釋放管電極間電容值分散的風(fēng)險(xiǎn)也很低。采用高精度直流電橋測(cè)量電極間電容。

（7）當(dāng)廢氣放電管兩端的電流達(dá)到VBK并急劇下降時(shí)，在此步驟中，當(dāng)兩端的電流VGL（電壓）開始發(fā)光時(shí)，廢氣放電管中的惰性廢氣開始發(fā)光。當(dāng)兩端的電流降至VARC時(shí)，VARC保持不變（電弧電流）。隨著氣體放電管兩端電流源逐漸消失，其內(nèi)層的電弧檢測(cè)已經(jīng)開始消失，但電流可以繼續(xù)降低到VE滅弧電壓。

4.3 氣體放電管應(yīng)用

采樣設(shè)備采用氣體放電管二次傾斜保護(hù)和電壓電流互感器。在實(shí)際操作中，氣體放電管兩端的電壓等于20V。當(dāng)氣體放電管處于高電阻時(shí)，阻抗值等于1g，通過它的空氣泄漏電流也等于1UA。因此，可以忽略電路的動(dòng)態(tài)值以及對(duì)儀器精度的負(fù)面影響。當(dāng)二次回路或異常工作電流通過繞組時(shí)，因?yàn)槎卫@組形成的電流遠(yuǎn)高于常規(guī)工作電壓（其值取決于電流互感器的技術(shù)參數(shù)和條件），內(nèi)部電流采集設(shè)備被傳輸?shù)匠錃夤埽ㄟ^耦合器將過壓信息快速傳輸?shù)胶笮盘?hào)采集系統(tǒng)，從而形成一定的數(shù)字信號(hào)，同時(shí)控制繼電器的觸點(diǎn)閉合狀態(tài)，使電流互感器在二次側(cè)進(jìn)入穩(wěn)定的短路運(yùn)行狀態(tài)，完全避免了過電壓的危險(xiǎn)[4]。當(dāng)空氣放電管GDT連接到整流橋的后端時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)來自我們面前的過壓控制信號(hào)。但是，如果接收到的過電壓進(jìn)度信號(hào)能夠達(dá)到其他空氣放電管的導(dǎo)通閾值，則空氣放電管將保持導(dǎo)通狀態(tài)，并且后端的電容C1和TVS管將通過電解產(chǎn)生，先后收到了來自世界前沿的過電壓保護(hù)信息。電解電容器C1可以消除過壓信號(hào)產(chǎn)生的噪聲，TVS管D3將過度擠壓的能量釋放到地面，從而保護(hù)后端部件。當(dāng)輸出繼電器K接收到控制器的閉合信息時(shí)，U1A和U-B瞬間短路，即電流互感器在二次檢測(cè)期間將出現(xiàn)短路問題。通過提高GDT II的閾值電壓，可以生產(chǎn)各種電子產(chǎn)品以滿足各種場(chǎng)景的需要。

5 電流互感器自復(fù)位二次過電壓隱患排查防范措施

5.1 科學(xué)合理制定定檢項(xiàng)目開展隱患排查

為保證電流互感器自復(fù)位二次過電壓的安全運(yùn)行，應(yīng)定期檢查隱患，消除隱患。在消除隱患的過程中，要合理利用機(jī)械設(shè)備的停機(jī)和備用時(shí)間，在機(jī)械設(shè)備逐漸接零前，全面檢查接地端子，確保接線準(zhǔn)確無松動(dòng)。

定期檢查重點(diǎn)是大電流二次回路的完整性和正確性。定期檢查前，檢查并記錄保護(hù)裝置接線盒或端子排上各相電流回路的CT內(nèi)阻和二次負(fù)載。當(dāng)前二次回路接線恢復(fù)后，檢查各相回路的接地電阻。檢查恢復(fù)措施后，禁止改變電流二次回路。定期檢查數(shù)據(jù)與以往定期檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)變質(zhì)或其他隱患。數(shù)據(jù)記錄模板如下所示：

表1 定期檢查數(shù)據(jù)記錄模板

5.2 強(qiáng)化檢修質(zhì)量及驗(yàn)收

在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)時(shí)，最重要的內(nèi)容之一是對(duì)線路連接和電源故障進(jìn)行有針對(duì)性的維護(hù)和評(píng)估。在進(jìn)行具體的維修工作時(shí)，第一步是接受有針對(duì)性的安全責(zé)任意識(shí)和技術(shù)培訓(xùn)教育。通過安全技術(shù)教育，確保參與維修的所有員工對(duì)維修安全有足夠的了解和認(rèn)識(shí)，這也是確保維修工作能夠達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的基本保證。然后，在設(shè)備維修的發(fā)展過程中，要求維修人員仔細(xì)檢查相應(yīng)的線路端口，觀察是否有磨損，始終做好接線檢查，這是所有工作的核心和重點(diǎn)。在工作實(shí)施方面，我們必須確保接線壓接器到位，并且壓接器符合一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，以避免接線過程中出現(xiàn)松動(dòng)，防止出現(xiàn)類似本文所述情況的缺陷。在此過程中，應(yīng)避免因壓接過度而導(dǎo)致斷線，或因壓接不當(dāng)而導(dǎo)致電流二次回路斷路，以及繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行中誤動(dòng)或拒動(dòng)。上述原因?qū)?duì)電力系統(tǒng)的安全產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，要求維修人員在維修工作實(shí)踐中注意接線驗(yàn)證。只有充分保證接頭質(zhì)量，才能減少設(shè)備在運(yùn)行過程中因接頭不良引起的設(shè)備故障[5]。

5.3 加強(qiáng)檢修質(zhì)量驗(yàn)收

CT二次回路端子接線等問題列為三級(jí)驗(yàn)收，作為停工待檢點(diǎn)。未經(jīng)驗(yàn)收，嚴(yán)禁進(jìn)行下道工序。

第一，首先檢查新安裝、改造和定期檢查的電流回路，檢查二次回路電流與負(fù)載電流接線的準(zhǔn)確性。未經(jīng)驗(yàn)證，設(shè)備不能正常投入運(yùn)行。

第二，對(duì)進(jìn)線電流和電壓之間的相互相位關(guān)系和極性差有嚴(yán)格要求的設(shè)備（如方位和距離保證的電壓保護(hù)器），以檢測(cè)相位差、相位關(guān)系和保護(hù)方向是否準(zhǔn)確。

第三，檢查輸出電壓差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（母線螺紋、發(fā)變組、線路縱差保護(hù)、橫差保護(hù)等）是否與信息保護(hù)系統(tǒng)的電源電路連接，每組輸出電壓的電流與傳輸電路的極性有關(guān)系，且變比能否正常。

第四，通過檢測(cè)由每個(gè)CT的相位和電流差保護(hù)的差分電路中的差分電壓變化來確定差分電路接線和功率比補(bǔ)償電路的精度。各種差動(dòng)電流保護(hù)裝置（母線、變壓器、發(fā)電機(jī)等縱、橫差）投入運(yùn)行前，除檢測(cè)相環(huán)、差動(dòng)環(huán)外，還應(yīng)檢測(cè)各中性線電壓值的不均勻性，以確保設(shè)備與二次電源電路之間接地的準(zhǔn)確性。

第五，檢查設(shè)備銘牌、圖紙、試驗(yàn)報(bào)告等，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接地情況核實(shí)；用萬用表檢測(cè)并記錄二次繞組內(nèi)部電流、負(fù)載直流電阻、接地電阻和三相直流電阻，接地電流應(yīng)小于0.5Ω；結(jié)合絕緣故障檢測(cè)，檢查所有電流回路的一點(diǎn)接地，斷開與電流互感器和二次回路的連接，并檢測(cè)所有回路對(duì)的絕緣情況。絕緣合格后，可以確定只有一個(gè)接地點(diǎn)。

6 結(jié)語

綜上所述，重視電流互感器自復(fù)位二次過電壓隱患排查，制定有針對(duì)性的防范措施，可以為推動(dòng)二次回路隱患排查和消除工作提供切實(shí)保障和支持，避免因電流回路引起的一次設(shè)備停運(yùn)事故，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。