一種對(duì)電流互感器起保護(hù)作用的防開(kāi)路模塊

楊 洋，姚 磊，夏 磊，呂雪松

(常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213100)

電流互感器由匝數(shù)(N1)較少的一次繞組、匝數(shù)(N2)較多的二次繞組、鐵心、接線端子等組成，工作原理是一次繞組串聯(lián)在主回路中，通過(guò)測(cè)到的電流(I1)在鐵心中產(chǎn)生磁通的變化在二次繞組中產(chǎn)生電流(I2)。繞組與電流之間的關(guān)系為K=I1/I2=N2/N1，K稱為電流互感器變流比。電流互感器正常工作時(shí)，二次側(cè)近似短路狀態(tài)，此時(shí)的輸出電壓很低；運(yùn)行過(guò)程中，若二次繞組出現(xiàn)開(kāi)路現(xiàn)象，一次繞組會(huì)生成異常電流，二次側(cè)將會(huì)產(chǎn)生很高的電壓，可能是上千伏甚至上萬(wàn)伏的高壓，此時(shí)會(huì)對(duì)二次絕緣系統(tǒng)造成損傷，也會(huì)對(duì)電流互感器過(guò)激勵(lì)而燒壞。

電流互感器防開(kāi)路模塊主要用于電流互感器二次側(cè)異常過(guò)電壓保護(hù)。模塊并接于電流互感器二次繞組兩端，在電流互感器正常運(yùn)行時(shí)，模塊漏電電流極小，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)；當(dāng)電流互感器二次回路開(kāi)路或一次繞組出現(xiàn)異常過(guò)電流時(shí)，模塊迅速動(dòng)作將電流互感器二次側(cè)短路。待故障排除后，無(wú)需手動(dòng)復(fù)位，電路恢復(fù)原狀態(tài)后，互感器又可重新投入正常運(yùn)行。

1 防開(kāi)路模塊工作原理

圖1為防開(kāi)路模塊模型，圖2為防開(kāi)路內(nèi)部電路原理圖。從圖2可以看出，當(dāng)二次回路開(kāi)路或一次繞組出現(xiàn)異常過(guò)流時(shí)，二次繞組中會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行工作的電壓；當(dāng)電流互感器二次電壓超過(guò)DZ1的設(shè)定電壓值時(shí)，C1開(kāi)始充電；當(dāng)R3與R7中間的采樣點(diǎn)電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，U1導(dǎo)通，通過(guò)Q1放大電路，使得Q1集電極由0 V上升到某一額定值，即Q3、Q4的柵極超過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)啟電壓，場(chǎng)效應(yīng)管Q3、Q4導(dǎo)通，防開(kāi)路模塊的兩端導(dǎo)通，并接的保護(hù)裝置瞬間進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，這樣避免了電流互感器二次過(guò)電壓產(chǎn)生的危害。開(kāi)路保護(hù)裝置能在過(guò)壓產(chǎn)生的10 ms內(nèi)可靠地將二次繞組短接。故障排除后，模塊會(huì)自動(dòng)復(fù)位，裝置重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)。防開(kāi)路模塊技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

圖1 防開(kāi)路模塊模型Fig.1 Open-circuit protection module model

圖2 防開(kāi)路內(nèi)部電路原理圖Fig.2 Schematic diagram of open-circuit protection internal circuit

表1 防開(kāi)路模塊技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Technical specifications of open-circuit protection module

2 防開(kāi)路模塊技術(shù)參數(shù)

正常工作情況下，防開(kāi)路模塊阻值很大，而在受到過(guò)流等特殊的情況下，模塊會(huì)發(fā)生損壞，與正常模塊相比，損壞的模塊阻值變得很小。

圖3(a)所示為正常模塊，此時(shí)阻值達(dá)到70.9 MΩ。圖3(b)所示為損壞模塊，該模塊的額定電流為5 A，對(duì)其兩端施加10 A電流約30 s后，再次測(cè)量其兩端阻值時(shí)只有8.8 Ω。開(kāi)路情況需要通過(guò)對(duì)電流互感器施加一個(gè)高于啟動(dòng)電壓的電壓，觀察模塊是否動(dòng)作，若不動(dòng)作此時(shí)為損壞。

圖3 防開(kāi)路模塊阻值測(cè)定Fig.3 Resistance value measurement of open-circuit protection module

通過(guò)對(duì)比電流互感器伏安特性的拐點(diǎn)電壓和電流研究防開(kāi)路模塊對(duì)電流互感器的勵(lì)磁特性的影響。分別測(cè)量某樣機(jī)上電流互感器的ABC相在4種情況下的拐點(diǎn)電壓和電流，如圖4(電流互感器出廠數(shù)據(jù)a，不帶防開(kāi)路模塊b，帶正常防開(kāi)路模塊c，帶損壞的防開(kāi)路模塊d)，具體數(shù)據(jù)如下：

圖4 拐點(diǎn)電壓與電流測(cè)試圖Fig.4 Inflection point voltage and current test diagram

由圖4可知，產(chǎn)品的出廠原始出現(xiàn)拐點(diǎn)電壓為17.0 V、電流為0.066 A；實(shí)際測(cè)量的為出現(xiàn)拐點(diǎn)的電壓為17.5 V、電流為0.077 A。將正常防開(kāi)路模塊加入到電路中，此時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)電壓為16.8 V、電流為0.065 A；將損壞防開(kāi)路模塊加入到電路中，此時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)的電壓為2.0 V、電流為0.075 A。上述測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，正常的防開(kāi)路模塊對(duì)電流互感器的拐點(diǎn)電壓和電流影響較小，損壞的防開(kāi)路模塊對(duì)電流互感器的拐點(diǎn)電壓和電流影響較大。

通過(guò)測(cè)量電流互感器在3種情況下(不帶防開(kāi)路模塊，帶正常防開(kāi)路模塊，帶損壞的防開(kāi)路模塊)的相關(guān)參數(shù)，研究防開(kāi)路模塊對(duì)電流互感器的復(fù)合誤差(ε)、準(zhǔn)確限制系數(shù)(ALF)和二次直阻(Rct)的影響。某樣機(jī)電流互感器的相關(guān)參數(shù)如表2所示：

表2 不同接入狀況下的參數(shù)表Tab.2 Parameters under different access conditions

從表2可知，正常的防開(kāi)路模塊對(duì)CT相的ε、ALF和Rct無(wú)影響，損壞的防開(kāi)路模塊對(duì)CT相的ε影響較大，對(duì)ALF和Rct影響較小。

通過(guò)測(cè)量CT在3種情況下(不帶防開(kāi)路模塊，帶正常防開(kāi)路模塊，帶損壞的防開(kāi)路模塊)的零序關(guān)參數(shù)，研究防開(kāi)路模塊對(duì)CT的復(fù)合誤差(ε)、準(zhǔn)確限制系數(shù)(ALF)和二次直阻(Rct)的影響。某樣機(jī)電流互感器零序的參數(shù)如表3所示：

表3 不同接入狀況下的CT零序參數(shù)表Tab.3 CT zero sequence parameters under different access conditions

通過(guò)表3可知，正常的防開(kāi)路模塊對(duì)CT零序的ε、ALF和Rct無(wú)影響，損壞的防開(kāi)路模塊對(duì)CT零序的ε和ALF影響較大，對(duì)Rct影響較小。

3 結(jié)語(yǔ)

電流互感器防開(kāi)路模塊正常運(yùn)行時(shí)漏電電流極小，阻值很大，接近無(wú)窮大；當(dāng)電流互感器二次回路開(kāi)路或一次繞組出現(xiàn)異常過(guò)電流時(shí)，模塊迅速動(dòng)作將電流互感器二次側(cè)短路。待故障排除后，無(wú)需手動(dòng)復(fù)位，電路恢復(fù)原狀態(tài)后，互感器又可重新投入正常運(yùn)行。其可以有效保護(hù)電流互感器，提高元器件的使用壽命。