電流互感器二次回路兩點接地故障計量分析

羅 燾 陳 瑩 劉芮含

（云南電網有限責任公司昆明供電局）

0 引言

從變壓器的基本理論可知，變壓器的初級繞組和次級繞組在正常工作狀態下不存在電氣連接［1］。因此，當操作電流互感器二次側儀表和繼電保護回路時，操作人員不接觸高電壓。但是，如果電流互感器一次側的絕緣被損壞，一次側的高電壓就會作用在電流互感器二次側的線圈上，因此，在電流互感器二次側的儀表、繼電保護裝置和工作人員都將與一次側的高電壓直接接觸，從而產生高壓觸電的風險。為避免這一危害，應在二次側接地，使高電壓傳到變壓器二次側時，接地的短路電流會通過接地體與人體兩個通道。接地體的電阻愈低，流過身體的電流愈少，一般人體的電阻是接地體的幾百倍［2］。電流互感器二次側的接地非常重要，它是確保二次側設備及工作人員安全的最有效方法，一般稱為保護接地［3］。但是，在現實生活中，電流互感器二次側往往會有兩個接地點，也就是除了電流互感器二次保護接地之外，二次電纜也有可能因為機械損壞或者是絕緣損壞而接地。如果電流互感器二次側有兩點接地或者多點接地，就會導致計量錯誤，本文重點討論了二次側兩點接地在測量中的作用。

1 案例說明及缺陷分析

1.1 情況說明

經調度員反饋，110kV變電站2號主變35kV側302線路計量電能表A、B、C三相電流出現了嚴重的不平衡，可能是計量方面的問題，希望計量維護人員能夠配合解決。通過對用戶的調查，運行維護人員發現，這條線路上的電能表出現了嚴重的三相不對稱現象。由所收集的數據可知，在第1天00：00～07：00期間，該系統所收集的A、B、C三相電流基本上是均衡的，但是在第1日09：00的時候，A、B、C三相電流的數值為0.59，B、C的三相電流為0.59，B、C，0.05。在11：00到17：00之間，三相電流基本上回到了正常值。在19：00到第二天09：00之間的每個時間周期中，系統的C相電流都比當時的A相和B相要小，之后，在11：00再次恢復正常。

1.2 可能原因分析

（1）由于電流、電能表C相位發生了故障，造成了測量結果的不均衡。

（2）電流互感器C相的測量回路有缺陷，有二點及多點不穩的現象。從系統收集的資料來看，C相電流小于A、B兩相電流的情況是間或發生的，如果電流互感器或電能表C相發生了故障，則系統收集到的數據始終都是C相電流小于A和B兩相電流，而系統收集到的數據卻不是這樣，因此可以排除這個可能。從以上情況來看，最大的可能是電流互感器C相次級回路中出現了一個并聯回路，使C相的電流不連續地比A、B相的電流小。

1.3 現場核查

經實地檢查，這座變電站2號主變中壓側電流互感器二次側使用的電纜是一根多芯有屏蔽層的電纜，這類電纜的屏蔽層起到了保護外部電磁場的作用，并由接地線接地。現場檢查表明，與電流互感器C相相連的二次接線端子有損壞，損壞的地方露出了里面的銅芯線，而接地線剛好在損壞的地方，使C相引線和接地部分發生了接觸，如圖1所示；這樣C相導線兩點間接接地，而且這個接地點也是不穩定的，因此，在電能量數據信息管理平臺上，可以看到A、B、C三相電流有時平衡，有時不平衡，如圖2所示。

圖1 多芯帶屏蔽層的電纜

圖2 C相電流回路破損情況

2 對電能計量造成的影響

2號主變35kV側使用了三相四線法，在此方法下，電流互感器的正確接線形式如圖3所示。

圖3 三相四線計量方式電流互感器的三相六線接線方法

在這一點上，正確測量功率的公式是：

式中，UA、UB、UC、IA、IB、IC、φA、φB、φC分別為A、B、C三相電壓、電流和功率因子。

從功率公式可以看出，在三相四線制的情況下，即使C相出現異常，A相和B相仍然可以準確地測量。

電流互感器C相二次側的絕緣橡膠破裂，使其接地端與C相電纜斷裂部位發生接觸，使電流互感器C相二次側間接接地，由此構成又一環，如圖4所示。

圖4 電流互感器C相絕緣破損時的等效電路圖

圖中，為通過變壓器次級的電流；為通過電度表的電流；為流經接地地點的電流。

在出現故障時，因接地點條件的不同以及電流互感器二次側流經電流的特性的差異，致使流經電能表的電流狀況各不相同，最后C相計量的電能也是不一樣的；對此進行了詳細的分析。

（1）在流經變壓器二次側的電流與流經變壓器二次側的電流I2處于同一相位。這時，通過電能表C相的電流通常，因為接地點阻抗X遠小于電能表環路電阻，此時，C相所計電量方向與A、B兩相相同，但所計電量數值明顯小于A、B兩相，在三相負荷平衡的情況下，此時電能表少計電量的值小于正確電量的1／3。

（2）當在變壓器二次側流動時，電流I2和在其接地點流動時，其相位是不同的。此時，因為兩個電流相位差的緣故，流經電能表的電流也是不一樣的。

1）在電壓表為感性電流且也是感性電流的情況下，在電表電流中流動的兩個可能情形如圖5a和5b所示。

圖5 故障情況下的分析向量圖

2）在電路為容性電流且Is2也是容性電流的情況下，在電表電流中流動的兩個可能情形在圖6a和6b所示。

圖6 故障情況下的分析向量圖

在變壓器二次側有感性電流流動，容性電流在接地點流動，電容電流在變壓器二次側流動，在接地點流經感性電流時，對計量方面的影響與上面所說的一樣，在此不再贅述。

3 電流互感器二次回路開路及注意事項

在實際操作中，由于測試開啟的電流互感器連接片沒有修復或者接線端虛接而導致的相線或零線斷開事件，如果二次回路相電流開路時，次級線圈的電流是0A，那么初級線圈的電流就會被完全激發出來，這樣的話，鐵心內的磁通就會在瞬間達到飽和，從而導致產生的電位迅速增加。在次級線圈中會形成高壓，從而導致較弱的絕緣連接發生故障，甚至對人體造成危害。在正常情況下，三相電流之和在0A左右，所以很難檢測到斷路現象，但是很容易出現區域故障。以A相的短路接地故障為例，原來的A相接地電流變成了A、B相，C相電流。電流互感器二次電阻、電抗不完全重合以及變壓器鐵心在故障瞬間的磁通飽和度不同，都會導致三相電流失真。

二次回路的相電流開路時，斷路相電流為0A，在工作狀態下，保護裝置要充分利用電流互感器斷線鑒別能力，在沒有電流互感器斷線判斷功能或者是操作電流很小，無法達到起動值的情況下，在日常的監測中，要注意收集電流的幅值和相位是否符合三相對稱。在高壓狀態下，斷口會發出聲響，在日常巡視時，要留意開啟保護裝置后柜門，就地端子箱柜門，查看裝置的工作情況。在正常情況下，電流互感器二次電路的不平衡電流在10mA以下，而在三相電流不平衡度很小的時候，則可以達到0A。所以，在平時的設備工作中，除了要對不平衡電流進行定期的檢測之外，還要充分利用保護裝置在區外故障、變壓器勵磁涌流等條件下，對設備的運行狀況進行判斷。一般的線路保護都是采集A、B、C、N相的電流，而發電機和變壓器的保護只采集A、B、C相的電流。如果不能看到發電機或變壓器保護N線的故障量資料，可以檢查兩組保護或不同繞組所接的保護設備采集的A、B、C相的電流波形是否一致。對A、B、C相產生的零序電流和外部零序電流進行比較，如果兩相的波形有不同，則要注意對中性線的接地情況進行檢查。對于在設計和施工時沒有收集N相電流的電流互感器二次回路的保護裝置、行波測距裝置等，可以將進出的N線可靠地短接在端子排上，把與故障記錄裝置相連的N線路回路與單獨的線路相連，從而便于對電流互感器二次回路的有效監控。

4 結束語

在電網中，為了保證電能的安全、準確地計量，要求變壓器二次側只有一個接地點，以避免多點接地的危險；防止二次側多點接地造成的測量誤差，確保測量精度，為系統正常工作提供資料，減少發生計量爭議的可能。