電流互感器與過電流繼電器的接線方式分析

王剛 王銳

摘? 要：電力系統(tǒng)中的電流互感器的作用是進(jìn)行電流變換，將大電流變換為標(biāo)準(zhǔn)的小電流，用于測(cè)量和保護(hù)，測(cè)量用的電流互感器二次側(cè)接電流表，保護(hù)用的電流互感器二次側(cè)接過電流繼電器，電流互感器與過電流繼電器的接線方式多種多樣，對(duì)于不同電壓等級(jí)的線路，需要采取不同的接線方式，反應(yīng)不同的故障類型，文章主要闡述電流互感器與過電流繼電器的接線方式。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);電流互感器;過電流繼電器

中圖分類號(hào)：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）35-0102-03

Abstract： The function of current transformer in power system is to transform current， converting large current into standard small current and used for measurement and protection： the secondary side-connected ammeter of current transformer is used for measurement， while the secondary side-connected over-current relay of current transformer is used for protection. There are many ways to connect current transformer and over-current relay; therefore， for lines with different voltage levels， different wiring modes are required， which reflects different types of fault. This paper mainly describes the connection mode of current transformer and over-current relay.

Keywords： power system; current transformer; over-current relay

1 概述

電流互感器是電力系統(tǒng)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)元件，二次側(cè)電流額定值一般為5A或1A，通常二次側(cè)連接測(cè)量?jī)x表或過電流繼電器，二次側(cè)連接測(cè)量?jī)x表，可以反映一次側(cè)的電流值，二次側(cè)連接過電流繼電器，通過故障前后電流值的變化情況，流過過電流繼電器的電流值大于過電流繼電器的整定值，保護(hù)裝置會(huì)發(fā)出動(dòng)作命令，對(duì)于電力系統(tǒng)來說，根據(jù)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是否接地分為大電流接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)，對(duì)于不同類型的電力系統(tǒng)，電流互感器采取的接線方式不同，下面主要分析不同的接線方式能夠反映的短路故障類型及各種不同接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于電力系統(tǒng)故障類型來說，主要包括相間短路和接地短路兩大類，相間短路又包括三相相間短路和兩相相間短路，接地短路主要為單相接地短路，電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障大多數(shù)都是電力系統(tǒng)的單相接地短路。

2 電流互感器常見的接線方式及分析

電流互感器實(shí)質(zhì)是一種特殊的變壓器，一次側(cè)串聯(lián)在一次電路中，二次側(cè)連接過電流繼電器線圈，過電流繼電器的線圈阻抗比較小，工作時(shí)接近于短路狀態(tài)，所以電流互感器工作時(shí)二次側(cè)不能開路，互感器一次側(cè)和二次側(cè)電氣上相互絕緣，且二次繞組應(yīng)該可靠接地，保護(hù)二次側(cè)設(shè)備和人身安全，下面圖中電流互感器一次側(cè)電流和二次側(cè)電流參考方向都是按減極性標(biāo)注，減極性標(biāo)注就是說互感器的首端都是同名端，對(duì)于保護(hù)用的電流互感器通常是電流互感器與過電流繼電器的相互配合問題，常用的連接方式主要有以下幾種。

2.1 單相接線

圖1中，電流互感器接于B相線路，二次側(cè)接入過電流繼電器KA，單相接線所用設(shè)備比較少，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，此種接線主要用于對(duì)稱三相電路，由于電力系統(tǒng)三相對(duì)稱，測(cè)量任何一相電流都能起到保護(hù)作用，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，過電流繼電器KA觸點(diǎn)閉合，發(fā)出動(dòng)作命令，使斷路器跳閘，在圖1中，KA過電流繼電器線圈中通入交流電，為電流互感器二次側(cè)的電流，而觸點(diǎn)的電源采用直流操作電源。

2.2 三相三繼電器完全星形接線

圖2中，三相三繼電器完全星形接線是將三個(gè)電流互感器的二次繞組與三個(gè)過電流繼電器的線圈分別按相連接，三個(gè)電流互感器的二次繞組和三個(gè)過電流繼電器的線圈均接成星形，所用設(shè)備較多，接線復(fù)雜，主要用于110kV及以上中性點(diǎn)直接接地的高壓系統(tǒng)，三個(gè)過電流繼電器的觸點(diǎn)采用并聯(lián)接線方式，即任何一個(gè)觸點(diǎn)閉合都可以發(fā)出動(dòng)作命令，對(duì)于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)也稱為大電流接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于與變壓器中性點(diǎn)形成完整的回路，短路電流比較大，所以當(dāng)任何一相發(fā)生單相接地短路時(shí)，二次側(cè)電流流入對(duì)應(yīng)的過電流繼電器，當(dāng)大于過電流繼電器整定值時(shí)，此過電流繼電器動(dòng)作使其觸點(diǎn)閉合，發(fā)出動(dòng)作命令，而當(dāng)發(fā)生三相相間短路時(shí)，三個(gè)互感器二次側(cè)電流都會(huì)大于過電流繼電器的整定值，三個(gè)過電流繼電器觸點(diǎn)都會(huì)閉合，發(fā)出動(dòng)作命令，當(dāng)發(fā)生兩相相間短路時(shí)，例如AB相間短路時(shí)，對(duì)應(yīng)的KA1，KA2的觸點(diǎn)會(huì)閉合，發(fā)出動(dòng)作命令，同理BC、CA短路時(shí)也會(huì)使對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)閉合發(fā)出動(dòng)作命令，此種接線可以對(duì)相間和接地都實(shí)施保護(hù)，但是主要是針對(duì)相間短路進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)橄嚅g短路的短路電流大于系統(tǒng)發(fā)生單相接地的短路電流。

2.3 兩相兩繼電器不完全星形接線

圖3中，兩相兩繼電器不完全星形接線是將兩個(gè)過電流繼電器的線圈和在A、C兩相上裝設(shè)的兩個(gè)電流互感器的二次繞組分別按相連接，相對(duì)于圖2來講，節(jié)省了一個(gè)電流互感器和一個(gè)過電流繼電器，接線相對(duì)簡(jiǎn)單，所用設(shè)備比較少，價(jià)格便宜，此種接線主要適用于中性點(diǎn)不接地的中壓系統(tǒng)，此種接線主要反映的故障類型為相間短路，當(dāng)三相相間短路時(shí)，KA1和KA3觸點(diǎn)都會(huì)閉合發(fā)出信號(hào)，而兩相相間短路時(shí)，例如A、B短路時(shí)，僅KA1觸點(diǎn)閉合發(fā)出信號(hào)，同理B、C 短路時(shí)，KA3觸點(diǎn)閉合，而A、C兩相短路時(shí)，兩個(gè)過電流繼電器觸點(diǎn)均閉合，但是對(duì)于系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，如果故障發(fā)生在B相，則保護(hù)裝置不會(huì)反映出故障，如果A或C相發(fā)生單相接地時(shí)，由于中性點(diǎn)不接地，故障電流比較小，稱為小電流接地系統(tǒng)，此種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，非接地相?duì)地電壓升高為線電壓，而線電壓不變，系統(tǒng)保持對(duì)稱，可以持續(xù)運(yùn)行1～2個(gè)小時(shí)，不需要跳閘，僅需要發(fā)出故障信號(hào)，所以此種保護(hù)并不反映接地短路，對(duì)于系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障，需要由絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出故障信號(hào)，提醒運(yùn)行人員及時(shí)處理故障，否則發(fā)生另一相接地短路，則導(dǎo)致系統(tǒng)跳閘。

圖3 兩相兩繼電器不完全星形接線

2.4 兩相電流差接線

圖4為兩相電流差接線，也稱為兩相一繼電器接線，相對(duì)造價(jià)更便宜，同樣適用于中性點(diǎn)不接地的中壓系統(tǒng)，保護(hù)的故障類型同樣為相間短路，任何一種相間短路時(shí)，都會(huì)使過電流繼電器觸點(diǎn)閉合發(fā)出動(dòng)作命令，同樣不適合于接地短路，當(dāng)發(fā)生三相相間短路時(shí)，兩個(gè)互感器的二次側(cè)電流為短路后的a、c，根據(jù)基爾霍夫電流定律，流入KA的電流為a-c，所以稱為兩相電流差接線。

圖4 兩相電流差接線

2.5 零序電流接線

零序接線采用三個(gè)電流互感器首端和尾端并聯(lián)的方式，兩端共同接入KA過電流繼電器線圈，對(duì)于零序電流的獲得主要采取圖5的零序電流過濾器來獲得零序電流30，當(dāng)三相電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于系統(tǒng)能分解成正序、負(fù)序和零序三個(gè)分量，由于正序、負(fù)序三相電流之和為零，故只有零序輸出，所以流入KA的電流為a+b+c=30，而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生三相相間短路時(shí)，由于只有正序分量，相量和為零，不會(huì)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，而兩相相間短路時(shí)，由于只有正序和負(fù)序分量，所以相量和仍為零，不會(huì)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，但是由于仍然會(huì)有不平衡電流流過KA，所以KA的整定值要躲過不平衡電流。

3 結(jié)束語

電流互感器與過電流繼電器的接線形式較多，不同的接線形式反映不同的故障類型，電流互感器的上述接線形式中，圖1的接線形式主要反映對(duì)稱三相電路短路故障，圖2、3、4三種接線形式主要反映相間短路故障，而圖5的接線形式主要反映接地短路故障，對(duì)于輸電線路的保護(hù)設(shè)置來說，必須針對(duì)不同的故障設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)形式，使任何故障發(fā)生時(shí)，都有對(duì)應(yīng)的保護(hù)裝置動(dòng)作，本文主要是對(duì)電流互感器的硬件接線進(jìn)行分析，而對(duì)于KA參數(shù)的整定則并未涉及。

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