一種對電流互感器起保護作用的防開路模塊

楊 洋，姚 磊，夏 磊，呂雪松

(常州博瑞電力自動化設備有限公司，江蘇 常州 213100)

電流互感器由匝數(N1)較少的一次繞組、匝數(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在主回路中，通過測到的電流(I1)在鐵心中產生磁通的變化在二次繞組中產生電流(I2)。繞組與電流之間的關系為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，二次側近似短路狀態，此時的輸出電壓很低；運行過程中，若二次繞組出現開路現象，一次繞組會生成異常電流，二次側將會產生很高的電壓，可能是上千伏甚至上萬伏的高壓，此時會對二次絕緣系統造成損傷，也會對電流互感器過激勵而燒壞。

電流互感器防開路模塊主要用于電流互感器二次側異常過電壓保護。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行時，模塊漏電電流極小，呈現高阻狀態；當電流互感器二次回路開路或一次繞組出現異常過電流時，模塊迅速動作將電流互感器二次側短路。待故障排除后，無需手動復位，電路恢復原狀態后，互感器又可重新投入正常運行。

1 防開路模塊工作原理

圖1為防開路模塊模型，圖2為防開路內部電路原理圖。從圖2可以看出，當二次回路開路或一次繞組出現異常過流時，二次繞組中會產生遠高于正常運行工作的電壓；當電流互感器二次電壓超過DZ1的設定電壓值時，C1開始充電；當R3與R7中間的采樣點電壓超過設定值時，U1導通，通過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的柵極超過場效應管的開啟電壓，場效應管Q3、Q4導通，防開路模塊的兩端導通，并接的保護裝置瞬間進入導通狀態，這樣避免了電流互感器二次過電壓產生的危害。開路保護裝置能在過壓產生的10 ms內可靠地將二次繞組短接。故障排除后，模塊會自動復位，裝置重新進入正常工作狀態。防開路模塊技術指標如表1所示。

圖1 防開路模塊模型Fig.1 Open-circuit protection module model

圖2 防開路內部電路原理圖Fig.2 Schematic diagram of open-circuit protection internal circuit

表1 防開路模塊技術指標Tab.1 Technical specifications of open-circuit protection module

2 防開路模塊技術參數

正常工作情況下，防開路模塊阻值很大，而在受到過流等特殊的情況下，模塊會發生損壞，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，此時阻值達到70.9 MΩ。圖3(b)所示為損壞模塊，該模塊的額定電流為5 A，對其兩端施加10 A電流約30 s后，再次測量其兩端阻值時只有8.8 Ω。開路情況需要通過對電流互感器施加一個高于啟動電壓的電壓，觀察模塊是否動作，若不動作此時為損壞。

圖3 防開路模塊阻值測定Fig.3 Resistance value measurement of open-circuit protection module

通過對比電流互感器伏安特性的拐點電壓和電流研究防開路模塊對電流互感器的勵磁特性的影響。分別測量某樣機上電流互感器的ABC相在4種情況下的拐點電壓和電流，如圖4(電流互感器出廠數據a，不帶防開路模塊b，帶正常防開路模塊c，帶損壞的防開路模塊d)，具體數據如下：

圖4 拐點電壓與電流測試圖Fig.4 Inflection point voltage and current test diagram

由圖4可知，產品的出廠原始出現拐點電壓為17.0 V、電流為0.066 A；實際測量的為出現拐點的電壓為17.5 V、電流為0.077 A。將正常防開路模塊加入到電路中，此時出現拐點電壓為16.8 V、電流為0.065 A；將損壞防開路模塊加入到電路中，此時出現拐點的電壓為2.0 V、電流為0.075 A。上述測試可以發現，正常的防開路模塊對電流互感器的拐點電壓和電流影響較小，損壞的防開路模塊對電流互感器的拐點電壓和電流影響較大。

通過測量電流互感器在3種情況下(不帶防開路模塊，帶正常防開路模塊，帶損壞的防開路模塊)的相關參數，研究防開路模塊對電流互感器的復合誤差(ε)、準確限制系數(ALF)和二次直阻(Rct)的影響。某樣機電流互感器的相關參數如表2所示：

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

從表2可知，正常的防開路模塊對CT相的ε、ALF和Rct無影響，損壞的防開路模塊對CT相的ε影響較大，對ALF和Rct影響較小。

通過測量CT在3種情況下(不帶防開路模塊，帶正常防開路模塊，帶損壞的防開路模塊)的零序關參數，研究防開路模塊對CT的復合誤差(ε)、準確限制系數(ALF)和二次直阻(Rct)的影響。某樣機電流互感器零序的參數如表3所示：

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

通過表3可知，正常的防開路模塊對CT零序的ε、ALF和Rct無影響，損壞的防開路模塊對CT零序的ε和ALF影響較大，對Rct影響較小。

3 結語

電流互感器防開路模塊正常運行時漏電電流極小，阻值很大，接近無窮大；當電流互感器二次回路開路或一次繞組出現異常過電流時，模塊迅速動作將電流互感器二次側短路。待故障排除后，無需手動復位，電路恢復原狀態后，互感器又可重新投入正常運行。其可以有效保護電流互感器，提高元器件的使用壽命。