顧建軍

摘要:文章論述了電流互感器二次回路的正確、安全運行對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行的重要意義。二次回路故障檢測主要有絕緣檢查法、直流檢測法、交流法檢測、一次通流法等方法。電流二次回路的各項檢測方式在面對不同階段類型保護及自動化裝置的電流二次回路所體現(xiàn)出來的特點,可進行有機組合,從而對電流二次回路起到良好的檢測效果。

關(guān)健詞:電流二次回路;檢測方法;繼電保護;有機組合

中圖分類號:TM452文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0049-04

電流互感器是電力系統(tǒng)中反映電流參量的重要電氣設(shè)備,主要作用是將一次系統(tǒng)大電流變換為二次系統(tǒng)小電流(5A或1A),供測量、保護等回路裝置取用,及時準確的反映一次系統(tǒng)運行狀況,便于運行部門對電力系統(tǒng)的保護、控制與監(jiān)測。電流互感器可以使二次側(cè)所接儀表、裝置與一次電氣設(shè)備安全隔離,一、二次間只保持磁聯(lián)系,而無電聯(lián)系,避免了一次側(cè)高壓直接進入電流二次回路,引發(fā)人身、設(shè)備事故;此外,還可防止二次系統(tǒng)故障影響到一次系統(tǒng),確保系統(tǒng)設(shè)備運行安全。

由此可見,電流互感器二次回路的正確、安全運行對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行有著重要意義,在現(xiàn)場施工安裝中應(yīng)給予充分保證。

一、檢測方法簡要介紹

電流互感器二次回路故障主要存在以下幾點:

首先,對地絕緣損壞或兩點接地:此種情況下,互感器二次回路通過大地產(chǎn)生分流現(xiàn)象,一次系統(tǒng)潮流電流將不能準確通過二次回路反映出來,二次回路中裝置設(shè)備將無法正確反映一次系統(tǒng)運行狀態(tài),有可能引起二次裝置產(chǎn)生誤測、拒動、誤動等現(xiàn)象,影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

其次,回路斷線:此種情況下,二次裝置將采集不到斷線相電流量,回路公共端會產(chǎn)生不平衡電流,將會引起裝置誤動;同時,還會使斷點處產(chǎn)生高感抗電壓,影響人與設(shè)備的安全。

再次,相別、極性錯誤:此種情況下,一次系統(tǒng)潮流方向狀態(tài)將無法在二次回路中得到正確反映,將會引起測量、計量裝置錯誤偏轉(zhuǎn),保護裝置誤動、拒動,影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

第四,計量、測量、保護用電流互感器二次繞組組別接線錯誤:此種情況下,在電力系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)短路故障時,電流二次回路的伏安參數(shù)特性將無法滿足保護裝置要求的精確度,會引起保護裝置誤動或拒動。

結(jié)合現(xiàn)場工作經(jīng)驗, 對于以上二次回路故障檢測主要歸納為絕緣檢查、直流檢測法、交流檢測法、一次通流法等方法,以下將對這幾種檢測方法的運用進行進一步詳細介紹。

(一)絕緣檢查

將被檢測電流回路公共端接地點斷開,用規(guī)定電壓等級絕緣搖表L端分別搭接所測回路的A、B、C三相及公共端N、E端接地,通過搖表所測數(shù)據(jù)檢測整個回路絕緣性。此種方法對檢查回路絕緣效果顯著,這也是檢查電流回路是否一點接地的唯一有效方法,在所有電流回路特性檢測方法中具有不可替代的重要性。但是,此檢測方法同時也存在明顯的局限性,它無法清晰的查出電流二次回路中可能存在的其他缺陷。

(二)直流檢測法

直流檢測法又分為歐姆表電阻對線法、電橋回路電阻測試法和互感器極性檢測試驗法三種。

1.歐姆表電阻對線法。由于戶外設(shè)備與測量儀表、繼電保護裝置和自動化裝置的聯(lián)接需要,電流互感器二次回路的貫通很少由一根電纜獨立完成,而是由數(shù)根電纜依據(jù)設(shè)備裝置原理通過一定次序連接構(gòu)成?；ジ衅鞫谓泳€柱頭、中間端子箱、控制屏(保護屏)、計量屏(遙測屏)按照原理實現(xiàn)的要求依次被電纜和轉(zhuǎn)接端子有機聯(lián)接在一起。

用歐姆表電阻對線法檢測回路時,由于整個電流二次回路在直流源下呈現(xiàn)低阻抗現(xiàn)象,當回路所有電纜芯線與設(shè)備裝置構(gòu)成通路時,將無法通過干電池為工作電源的萬用表的電阻檔準確檢測回路接線的正確性;因此,必須將電流二次回路中聯(lián)接電纜所有的轉(zhuǎn)接點斷開,使電纜芯線有序分離,這樣才能使三相回路中各電纜芯線不會互相影響,保證檢測時回路的單一性,從而確保檢測結(jié)果的正確。

斷開回路中各轉(zhuǎn)接點后,將萬用表打到電阻檔,其輸出端一端搭接被檢芯線一頭,另一端可靠接地,被檢芯線另一頭也接地,若此時表針偏轉(zhuǎn)指向接近于零的低阻值則表明芯線兩端對應(yīng),聯(lián)接正確;反之,則表明芯線兩端不對應(yīng)或存在斷點,需立即檢查、更正。以此方式依次檢查回路中所有電纜芯線,直至檢測結(jié)果全部正確。

此方法能有效確?；芈方泳€的正確性,但實際操作上工作流程比較繁瑣,此外也無法檢測出回路絕緣性能,無論從操作過程還是檢測效率上來看都不經(jīng)濟,僅在二次接線施工中核對芯線或現(xiàn)場缺乏其他檢測設(shè)備時使用。

2.電橋回路電阻測試法。在戶外端子箱將電流二次回路聯(lián)接端子斷開,保證互感器側(cè)與二次設(shè)備側(cè)二次回路可靠分離,利用電橋分別對兩側(cè)回路進行單相及相間的直流電阻測量,所測數(shù)據(jù)如果正確應(yīng)符合以下特征:(1)對于互感器側(cè),保護級二次繞組直流電阻值應(yīng)大于計量級、測量級二次繞組直流電阻值;(2)對于二次設(shè)備側(cè),回路中包含設(shè)備越多,其直流電阻值越大;二次回路越長,其直流電阻值也越大;(3)無論是互感器側(cè),還是保護、計量、測量及自動化裝置側(cè),在回路聯(lián)接元器件一致的前提條件下,各單相和相間直流電阻值應(yīng)該三相平衡;(4)回路直流電阻值應(yīng)呈現(xiàn)低阻值特征。

電橋回路電阻測試法可簡潔的判斷出二次回路的貫通性是否良好;還能較為明顯的分辨出互感器二次繞組的組別特性,是一種行之有效的回路檢測方法。

3.互感器極性檢測試驗法。以一次母線作為基準,將干電池的正極搭接電流互感器一次樁頭的極性端,負極搭接電流互感器一次樁頭的非極性端。將電流互感器二次回路終端的裝置與回路在端子排上斷開,在斷開點串入一個指針式直流微安表,微安表正極與二次電流回路極性端相連,微安表負極與二次電流回路非極性端相連。

依據(jù)電流互感器A、B、C相別在一次側(cè)用干電池正極與互感器一次的極性端分別進行通斷拉合試驗,在二次側(cè)按相別觀察微安表指針偏轉(zhuǎn)狀況。根據(jù)所觀察的指針偏轉(zhuǎn)狀況可明確判斷出被檢測電流回路的一、二次極性關(guān)系和貫通性是否良好。

(三)交流檢測法

交流檢測法的理論基礎(chǔ)為互感器二次線圈在交流回路中呈現(xiàn)高抗值(L1),而二次回路電阻則呈現(xiàn)低阻值(R1)。從方式上可分為電流法、電壓法與伏安特性法。

1.電流法。根據(jù)升流地點的不同,可分為始端法、終端法兩種。(1)始端法。1)將互感器二次接線柱頭電纜芯線解除,電流源輸出線一端接所測回路原極性端(K1)所聯(lián)芯線,另一端接公共端(K2)所聯(lián)芯線。調(diào)節(jié)電流至一穩(wěn)定值(通常為二次額定工作值5A/1A),監(jiān)視回路中串聯(lián)電流表與并聯(lián)電壓表數(shù)值指示,檢查相應(yīng)二次回路裝置工作狀態(tài)及數(shù)值顯示。如果在一個低值電壓下電流量能順利上升至穩(wěn)定值且二次裝置工作狀態(tài)正常,那么證明回路貫通性良好,接線正確;反之,則表明所查回路存有缺陷,需及時處理。按此方式依次檢查互感器三相電流回路,確定其接線正確性和回路貫通性。2)電流源輸出線兩端跨接于互感器二次接線柱頭相間(AB、BC、CA)極性端(K1)所聯(lián)芯線,將電流上升至穩(wěn)定值,用鉗形表在終端監(jiān)視所測回路中電流量(如自動化裝置與保護裝置自身帶有測量功能,可直接觀察其中的實際讀數(shù)),從而確定回路極性接線正確性。例如,檢測AB相:電流源輸出線兩端跨接AB極性端(K1)所聯(lián)芯線,電流上升至穩(wěn)定值,用鉗形表在終端監(jiān)視相應(yīng)回路電流量,由電流回路構(gòu)成原理可迅速得出結(jié)論,如果AB相極性接線正確,鉗形表在終端只能從被測兩相極性端進線中測出電流量,而C相進線與公共端N線回路應(yīng)無電流量。依次檢測BC、CA相間,從而保證互感器二次回路三相極性接線一致無誤。注:互感器二次線圈在交流回路中呈現(xiàn)高抗值L1?垌R1,且在檢測過程中線圈始終與被檢回路處于并聯(lián)狀態(tài),因此其分流作用很小,對檢測結(jié)果影響不大。在保證二次線圈完好的前提下,有時也可以不解除互感器二次接線柱頭電纜芯線,直接進行檢測工作。(2)終端法。在互感器二次回路終端斷開回路聯(lián)接端子,二次回路接地點可靠解除,電流源輸出線一端接極性端進線側(cè),另一端可靠接地,在互感器二次回路始端依次將被檢回路極性端(K1)與公共端(K2)接地,使整個被檢回路通過大地構(gòu)成環(huán)路,然后按一定要求調(diào)升電流,并在回路中串入電流表,并入電壓表,用以監(jiān)視回路電壓量、電流量變化情況。當接地點在極性端(K1)側(cè)時,互感器二次線圈未包含在被檢回路中,因為二次回路交流電阻值(R1)很低(一般為幾歐姆),整個被檢環(huán)路呈現(xiàn)低阻抗狀態(tài),所以回路電流將在較低回路電壓值下上升至穩(wěn)定值;當接地點在公共端(K2)側(cè)時,互感器二次線圈包含在被檢回路中,因為互感器二次線圈交流電抗值很高(L1?垌R1),整個被檢環(huán)路將呈現(xiàn)高阻抗狀態(tài),所以回路電流將會在較高回路電壓值下升至穩(wěn)定值。接地點不同,電壓幅值的變化非常明顯。如檢測結(jié)果與上述現(xiàn)象一致,則表明被檢回路貫通性良好,相別、極性正確。依次檢測A、B、C三相,確保整個回路正確性。由上可知,兩種電流檢測方式雖然目的一致,但是在具體實施的過程中有著區(qū)別,各有優(yōu)點和不足。始端法從互感器二次回路起始點對回路通入額定工作電流,既檢查了回路接線的正確性,又順帶一次性檢查了此回路所接儀表、繼電器等二次裝置額定工作狀態(tài),工作效率相對較高。但始端法工作地點通常在一次電氣設(shè)備間隔中(一般在戶外,離控制室較遠),檢測試驗平臺搭裝不方便,容易受到天氣因素影響。終端法工作地點主要在控制室內(nèi),檢測試驗平臺搭裝方便,不受天氣因素影響;但由于受檢測點局限,互感器二次回路終端裝置檢查不到,需要另行通電進行檢查。

2.電壓法。電壓法理論基礎(chǔ)與電流法一致,但是在裝置上要求最為簡便,所需工作人員最少。

此種方法的檢測裝置通常自制:將交流信號燈、分壓限流電阻、試驗線和試驗夾可靠串聯(lián),形成試驗回路檢測裝置。以交流信號燈電流參數(shù)I燈為基礎(chǔ),以220V交流電壓U工作為工作電壓,裝置中限流分壓電阻R限數(shù)值取自分式:

R_限= U_工作/ I_燈

上式中參數(shù)特性必須滿足檢測設(shè)備所需標準工作條件。

檢測時,在互感器二次回路終端端子箱斷開回路聯(lián)接端子,二次回路接地點可靠解除,將檢測裝置一端接需檢測回路芯線,另一端接所需220V工作電壓源火線L,在互感器二次回路始端依次將被檢回路極性端(K1)與非極性端(K2)接地,此時裝置和被檢回路將跨接于火線、地線之間,整個回路被施加上220V工作電壓,交流信號燈燈光將會根據(jù)接地點的不同產(chǎn)生明顯變化。

當在極性端(K1)側(cè)接地時,互感器二次線圈未包含在被檢回路中,由前可知,整個回路呈現(xiàn)低阻抗值,如回路正確,則交流信號燈發(fā)出明亮光芒;當在公共端(K2)側(cè)接地時,互感器二次線圈包含在被檢回路中,由前可知,整個回路呈現(xiàn)高阻抗值,如回路正確,則交流信號燈僅發(fā)出微弱光芒。以此方式依次檢測所有回路芯線,從而保證電流互感器本體樁頭二次回路接線正確。

注:電壓法雖然簡單、便捷,但是被檢回路中通有220V強電,必須特別注意安全。始端和終端兩側(cè)工作人員要隨時借助通訊設(shè)備保持聯(lián)系,確認對方所處工作狀態(tài),在確定被檢回路220V強電已經(jīng)切除的前提下,才能更換接地點,以防發(fā)生安全事故。

3.伏安特性法。在電流二次回路戶外始端端子箱將回路聯(lián)接端子斷開,保證互感器側(cè)二次回路與保護及自動化裝置側(cè)二次回路可靠分離;互感器側(cè)二次回路接地點可靠解除。將伏安特性試驗裝置在現(xiàn)場布置妥當,接通試驗電源,針對需要檢測間隔的電流互感器,依次進行各繞組的伏安特性測試。通過測試出來的電流、電壓數(shù)據(jù)可以很直觀的判別出各二次繞組的組別特性,結(jié)合對應(yīng)間隔原理圖標注的各個電流二次回路所定義的繞組,可準確核對出計量、測量、保護用電流互感器二次繞組組別接線是否正確。

(四)一次通流法

以上絕緣檢查、直流法、交流法等幾種方式都僅僅單獨針對互感器二次的電氣聯(lián)接回路,無法將電流互感器一次和二次的磁傳變特性有機聯(lián)系起來;如需同時檢測一次與二次之間磁傳變特性是否正確,一次通流法是最行之有效的。根據(jù)其操作方式可分為短路接地法和一次直升法。

1.短路接地法。此方法應(yīng)用的前提,是被檢測回路所對應(yīng)一次系統(tǒng)必須包含依靠磁聯(lián)系進行一次之間能量傳遞的設(shè)備——變壓器,而在單純依靠電聯(lián)系傳遞能量的系統(tǒng)中是不適用的,會使檢測用電源發(fā)生直接短路故障,引發(fā)安全事故。取一380V穩(wěn)定電源直接加入變壓器一次系統(tǒng)一側(cè)的三相導電回路中,在變壓器其他側(cè)將其一次系統(tǒng)三相短路接地;在380V穩(wěn)定電源——變壓器——接地線——大地之間形成回路,此時將會在一次系統(tǒng)產(chǎn)生一較大值短路電流(但遠小于一次系統(tǒng)工作電流),在這一回路包含范圍內(nèi)的所有電流互感器一次側(cè)都會流過這一電流,其二次側(cè)也會按本身工作變比感應(yīng)出一小電流值,用高精度相位表和鉗形表可以迅速、方便的檢測出二次回路中三相電流值的大小、方向、角度,從而印證出所需檢測回路的正確性。

2.一次直升法。將大容量升流裝置兩端輸出線直接接在所需檢測電流互感器一次柱頭兩側(cè),調(diào)節(jié)升流裝置升入大電流(通常為一次額定工作電流),用鉗形表觀察其二次回路電流量反應(yīng),依靠電流互感器二次回路的基本理論特性判斷出回路是否正確。短路接地法與一次直升法相比,各自優(yōu)缺點都很明顯。

短路接地法靈活、高效,還可依據(jù)需要模擬出不同情況的一次潮流運行狀態(tài),并通過二次側(cè)電流的反應(yīng)檢驗出二次回路與一次系統(tǒng)在實際運行中的關(guān)系,實用性最強,多適用于檢測大規(guī)模新建系統(tǒng);但此法一次系統(tǒng)電流幅值上升有限,無法檢測出電流互感器在一次額定工作電流下其二次回路的工作狀態(tài)。一次直升法正好相反,此法可通過一次系統(tǒng)升入大電流檢測一次額定工作電流下二次回路的工作狀態(tài),但無法實現(xiàn)各種帶變壓器組的一次系統(tǒng)的潮流運行狀態(tài)模擬,不具備檢測主變差動電流回路正確性的功能。

二、檢測方法實際應(yīng)用簡要分析

下面,將就目前電力系統(tǒng)繼電保護的發(fā)展現(xiàn)狀結(jié)合具體工程應(yīng)用對以上檢測方法進行一定程度的適用性簡要分析。

(一)各檢測方法匯總表

(二)電力系統(tǒng)繼電保護的發(fā)展現(xiàn)狀介紹

電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求,電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力,因此,繼電保護技術(shù)得天獨厚,在40余年的時間里完成了4個歷史階段的發(fā)展,現(xiàn)在正朝著第5階段的方向發(fā)展。

1.第一階段。建國后,我國繼電保護學科、繼電保護設(shè)計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護技術(shù)隊伍從無到有,在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設(shè)計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代,為我國繼電保護技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

2.第二階段。自50年代末,晶體管繼電保護已開始研究。60年代中期到80年代是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設(shè)備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護,運行于葛洲壩500kV線路上,結(jié)束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。

3.第三階段。從70年代中,基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末,集成電路保護已形成完整系列,逐漸取代晶體管保護。到90年代初,集成電路保護的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導地位,這是集成電路保護時代。

4.第四階段。我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究,高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。不同原理、不同機型的微機線路和主設(shè)備保護各具特色,為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究,在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果?？梢哉f從90年代開始我國繼電保護技術(shù)已進入了微機保護的時代。

5.發(fā)展中的第五階段。繼電保護技術(shù)向計算機化,網(wǎng)絡(luò)化,保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展是未來的趨勢。當然,進入了微機保護的時代并不等于其他幾個發(fā)展階段的繼電保護裝置就已經(jīng)在電力系統(tǒng)完全消失,由于電力系統(tǒng)繼電保護配置上的特殊性,其他三階段的產(chǎn)品到目前為止還在系統(tǒng)中有大量的存在,因此對各階段保護及自動化裝置其二次電流回路檢測手段的科學實用型分析是非常必要的。

(三)檢測方法應(yīng)用簡要分析

前面介紹的電流二次回路的各項檢測方式在面對不同階段類型保護及自動化裝置的電流二次回路所體現(xiàn)出來的特點,可進行有機組合,從而對電流二次回路起到良好的檢測效果,在充分保證電流回路檢測準確的同時又可提高現(xiàn)場工作效率。

1.第一階段的電磁式繼電器。傳統(tǒng)的電磁式保護,其原理構(gòu)成需一組電磁式繼電器聯(lián)結(jié)組成。因此,在其電流二次回路中繼電器的互相聯(lián)結(jié)點較多,但繼電器工作無須工作電源,就回路特點,在工程施工及檢測時應(yīng)以下面幾種方式配合為宜:(1)絕緣檢查;(2)互感器極性檢測試驗法;(3)交流電流法;(4)伏安特性法;(5)一次直升法。

2.第二階段晶體管保護裝置。晶體管保護在功能集成方面 比傳統(tǒng)的電磁式保護有很大提高,電流二次回路聯(lián)結(jié)點明顯減少,但裝置需通入工作電源才能正常體現(xiàn)其工作性能,就回路特點,在工程施工及檢測時應(yīng)以下面幾種方式配合為宜:(1)絕緣檢查;(2)歐姆表電阻對線法;(3)電橋回路電阻測試法;(4)互感器極性檢測試驗法;(5)伏安特性法;(6)一次直升法。

3.第三階段集成電路保護裝置。集成電路保護在功能集成及精確度方面比晶體管保護更高,同時,在有直流工作電源提供時,其數(shù)碼顯示屏會顯示裝置電流回路的實際數(shù)值,就回路特點,在工程施工及檢測時應(yīng)以下面幾種方式配合為宜:(1)絕緣檢查;(2)電橋回路電阻測試法;(3)交流電壓法;(4)伏安特性法;(5)交流電流法;(6)短路接地法。

4.第四階段微機保護裝置。微機保護在功能集成、抗干擾和精確度方面比以上三種形式的繼電保護裝置都好,同時,在有直流工作電源提供時,其液晶顯示屏會顯示裝置電流回路的實際數(shù)值和角度,電流差動裝置還會顯示裝置的實際差流,就回路特點,在工程施工及檢測時應(yīng)以下面幾種方式配合為宜:(1)絕緣檢查;(2)電橋回路電阻測試法;(3)交流電流法;(4)伏安特性法;(5)一次直升法;(6)短路接地法。

5.第五階段的保護正在發(fā)展階段,在工程實際應(yīng)用中還缺乏成熟性,其檢測手段的合理性、科學性也正處于探索階段。

綜上所述,對電流互感器二次回路檢測的手段雖然多種多樣,但萬變不離其宗,所有的方法都是圍繞著其基本工作原理特性以及與保護、自動化裝置的配合原理衍生而成。技術(shù)工作人員在具體檢測過程中可依據(jù)現(xiàn)場不同檢測對象和環(huán)境條件靈活運用各種方法,高效保質(zhì)的完成檢測工作任務(wù)。

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