电流互感器二次回路两点接地定量分析及辨别方法

电流互感器二次回路两点接地定量分析及辨别方法

宋建,王大伟

内蒙古超高压供电公司 内蒙古呼和浩特市 010000

摘要：本文通过电流互感器二次回路两点接地引起的二次电流采样异常，分析电流互感器二次回路两点接地对二次电流采样的影响，两接地点的地电位差使流入继电器的电流较正常负荷电流可变小亦可变大，严重影响了二次设备的稳定运行，甚至造成保护动作设备跳闸。并且提出了电流互感器二次回路两点接地的辨别方法和接地点的定位方法，有利于专业人员快速有效的分析电流回路故障和查找故障点。

关键词：电流互感器；二次回路；两点接地；继电保护

引言：

为了保证继电保护和安全自动装置的正确动作，反措及继电保护规程规定要求电流互感器二次回路上有且只能有一点接地，其原因是为了保障人身和二次设备的安全，另外就是为了防止保护误动。但是，变电站内继电保护及安全自动装置在基建、大修、技改后，常发生电流二次回路两点接地引起二次设备告警，甚至开关跳闸的事故。造成此类问题的原因是一个变电所的接地网并非实际的等电位面，因而在不同点会出现电位差，如果一个电连通的回路在变电所的不同点同时接地，地网上的电位差将串入这个连通的回路，造成电流互感器二次回路电流采样异常,严重者会导致保护动作出口跳闸。因此定量分析电流互感器二次回路两点接地对二次设备的影响就尤为必要。

一、电流互感器两点接地导致电流采样异常

2019年1月13日，调度监控发现某500kV线路三相电流大小之间不平衡超过规定值，监控显示A相电流明显偏小，与B、C相电流幅值之差达80多安培，达到BC相的20%左右。从功率计算公式P=UI可知严重影响功率正常运算，造成调度端采集到的线路两端功率不一致。该500kV线路测量采用5013开关5012开关和电流方式，5013开关采用靠近500kV 2号母线侧羊角上第一个CT绕组，回路号411，电流首先流入5013断路器测控，然后至线路测控屏，5012开关采用靠近2号主变侧羊角上第一个CT绕组，回路号491，没有经过其他二次设备，由端子箱直接到线路测控，在测控屏端子排做完和电流后经入测控装置，从测控装置流出后流向功角测量装置。回路接线如下所示：

在发现线路三相电流不平衡后，现场通过钳型电流表对相关二次回路进行测量，结果如下：

1）在5012开关机构箱中测量到测量电流：

2）在5012开关机构箱中测量到保护电流：

3）在线路测控屏测量到的测量电流：

并且在检查过程中还出现过5012断路器测量A相电流幅值较BC相电流大5倍以上，达到0.365A，并且方向反向的情况出现。

二、电流互感器两点接地故障特征分析

从保护电流相位正确，测量电流相位异常看，一次系统没有问题，二次回路存在问题。

保护与测量对照的结果看，当时BC相电流没有问题，代表了当时负荷电流的大小，测量故障相A相的电流比正常负荷电流大很多，方向也偏移很大，说明回路中一定叠加了其他分量电流。当出现A相回路的两点接地故障时，A相电流中就会叠加进去两接地点电位差形成的外加分量电流，且此电流方向不固定（可为任意方向），使得A相综合电流的相位可为任意方向、大小亦可大可小。但是以上情况在打开端子排上的黄绿接地线后故障现象消失，5012开关二次电流恢复正常。由此判断5012开关二次回路中可能存在两点接地，并且因故障现象不稳定时有时无，属于非金属性直接接地。

下面从理论上解释：为何发生CT二次A相回路的两点接地故障后，A相电流亦可大亦可小的问题。

图1：三相CT二次回路等效回路接线          图2：A相发生单相接地时，CT二次回路的等效回路图

由于CT二次线圈是一个电流源，也等效于一个电源电动势串联一个高内阻的电源（A相由串联），开关场接地点与保护室接地点之间有电位差，相当于一个为的电源电动势，地网本身又有一定电阻，这样就形成了图2的等效回路图。

设：图2中O点为零电位点，D点为保护回路各相电流继电器负载中性点，A点为A相CT二次回路的接地点。

由图2列出电流电压方程图如下：

            （1）

               （2）

由（1）得=[( - )-(+)]

      =(+)

=   （3）

因远远大于及，故≈0，而远小于，是A相CT二次线圈两端的电压，很小。故

由（2）得：=[]      (4)

             =[

=[

因为远远大于及，A相CT二次两点接地，不会对A相CT二次输出电流产生影响，这样N线中电流非常小接近为零，其在上的压降为与比可忽略，于是：

≈[

流过保护的电流=[

                 =

代表正常运行时A相负荷电流，代表发生两点接地时且两个接地点之间地网电阻为时A相CT二次负荷电流分量中流入A相电流继电器的电流分量，代表两个接地点的地电位差电动势单独作用下，流入到A相继电器的电流分量。

这样：针对不同

、值，可定量求出A相继电器的电流：

从表格中可以看出：当负荷电流小于两点地电位差电流很多时，A相两点接地故障会使流入A相继电器的电流变大，当负荷电流较大时，两点接地的结果可能会使流入继电器电流变小。最终流入继电器的电流也与两接地点间地网电阻、两接地点间地电位差、电流互感器二次负载电阻有关。

上述大小与变电站电磁场环境，也与整个电力系统是否有接地故障发生等因素有关。

三、基于电流互感器两点接地的检测

1.检测识别思路

如果断开电流N回路的人为接地点后，A相电流立即可恢复正常，就说明CT二次端子一定会存在另一个A相接地点。实际上，直接断开接地点，绝对多数情况下不会有什么问题，但这不符合规程的“电流互感器二次回路不允许失去永久接地点”的规定，之所以有这个规程规定是考虑到：一是怕失去接地点后有CT一二次线圈之间有绝缘击穿故障发生一次高压串入二次，对人体及二次设备造成伤害，另一方面考虑到CT一、二次线圈间有等效电容存在，CT二次线圈与地之间也存在等效电容，这样两个电容串联，CT二次线圈与地之间就会有理论上的电容分压存在（多数情况极低），但规程要考虑最危险的极端情况，CT二次回路必须一点接地。规范的、不违反规程的正规方法应该是：先在人为接地点处接地端子与地之间先并联一个最大量程几十欧姆的滑线电阻器，先把滑线电阻器调成零点阻值，断开原来的人为接地点，以后逐渐增大滑线电阻值，如果如果A相电流逐渐恢复正常，说明A相CT二次回路一定存在另一个接地点。

2.检测范围思路

当A相发生两点接地时，由式（3）分析得出，中性线N线中电流几乎不受影响一直接近为零，只有N线回路两点接地时，N线中流过几乎全部地电位差分量电流，可能达到零点几安培。故可通过测量N线电流对电流互感器另一个非人为接地点进行定位，判断是相线还是中性线N回路发生另一点接地，提高现场专业人员的查找效率。

结论:

本文根据事例分析提出电流互感器两点接地的识别方法及接地范围的定位，为后续继电保护专业人员分析电流二次回路异常造成保护装置告警、误动提供了理论基础及分析思路，提高现场专业人员的查找效率，提升了电网继电保护的运维水平，保障了电网安全、稳定运行。

参考文献:

[1]国家能源局. 防止电力生产事故的二十五项重点要求[Z].2014

[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:中国电力出版社，2008.