零序CT和消弧線圈裝置的實際運用

文/白海斌

1 使用一個零序CT的情況

在線路正常運行時三相電壓對稱，線路產(chǎn)生的對地電容電流大小相等，相位相差120°，在相位上每相電容電流超前對應相電壓90°，所以Io=Iao+Ibo+Ico=0A；當三相對地電容電流不平衡時（接地故障或短路故障），零序CT就會感應出一個零序電流Io。在正常運行時，由于負載的不平衡產(chǎn)生不平衡電流，這個不平衡電流較小，不會有相位上的90°差值，不會誤動作或發(fā)報警。

當變壓器中性點不接地時，如果A相發(fā)生接地故障，那么B相和C相對地相電壓將升高至線電壓Ub’和Uc’，A相對地電壓為零，可以推導出Ub’和Uc’之間的夾角是60°。那么B相和C相的對地電容電流會增大√3倍為Ib’和Ic’,Ib’超前Ub’90°，Ic’超前Uc’90°，可以得知Ia=—√3 Ib’= —√3Ic’，Ib’=√3Ibo；所以Ia=—3Ibo=—3Ico，單回路系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地點電容電流是每相正常電容電流的3倍，A相的故障電流滯后電壓90°。這時零序CT檢測到的零序電流Io=Ia+In(In為三相不平衡電流)，但是三相電壓仍然保持平衡，In=0，Io=Ia= Ib’+ Ic’，如果是多回路系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，接地電流就是所有非故障線路對地電容電流之和，線路越多產(chǎn)生的接地電流越大。

2 使用兩個零序CT的情況

我廠6KV系統(tǒng)某些開關柜饋出電纜每相有兩根，分成兩組A、B、C分別穿過兩個零序CT（CT1和CT2），然后將兩CT二次回路通過并聯(lián)的方式接入微機保護器。如果CT2的C相發(fā)生了接地，流入接地點的電流為其他非故障線路的對地電容電流，所以C點電流Ic=（Ia1+Ib1）I回線+（Ia2+Ib2）II+…….回線，這時C點的電流Ic就不單單只流向CT2形成回路，它也會經(jīng)過CT1與非故障線路對地電容形成電流回路，因為兩個CT是同型號互感器，那么它們的阻抗值相等，如果不計線路阻抗，經(jīng)過兩個CT零序電流大小相等Io2=Io1=Ic／2，方向相同（由線路流向母線），再除以變比n就可以得到二次側的電流值Io，將CT二次回路串聯(lián)再接入保護器，那么接入保護器的電流Io= Ic／2n；如果將二次并聯(lián)，根據(jù)基爾霍夫電流定律Io=（Io2+Io1）／n=Ic／n；可以得出結論，將饋線電纜的零序CT二次并聯(lián)才能真實的體現(xiàn)出零序接地電流值，如果要串聯(lián)使用就要對綜保的參數(shù)進行重新的設定。

零序CT變比較多為50/1的，50匝的線圈阻抗相對絕緣測試上的線圈阻抗還是比較大的，如串聯(lián)，一個CT的二次對另一個CT的二次是一個較大的阻抗。要依靠零序電流來判別接地故障，重點要克服的是零序電流故障狀態(tài)下都比較小的問題，要提高靈敏度，就必須讓零序CT二次側并聯(lián)后送入測控裝置。我們單位是并聯(lián)，規(guī)程上確實說是串聯(lián)。在其中一個零序CT一次通電流校驗，發(fā)現(xiàn)二次回路并無無分流現(xiàn)象；在兩個零序CT中都通入電流,微機綜保中的采樣值為兩個零序CT的輸出之和，在一個零序CT中通大一點電流,另一個零序CT中通小一點電流，只要兩個電流和不變，采樣結果就一樣。

3 電纜金屬保護層接地線穿過零序CT接地

我廠電纜金屬保護層的接地線都是穿過零序CT后才接地，為什么需要穿過零序CT接地？電纜的金屬鎧甲和線芯形成了電容，在電纜通電時就會存在一些電容電流或者感應電流等，這些電流就可能使電纜發(fā)熱，或者對其他設備帶來危害，所以將金屬鎧甲接地來釋放這些電流，將接地線穿過CT就是為了使這些在正常運行時產(chǎn)生的雜散電流不影響CT的正確判斷。

假設在正常情況下金屬鎧甲與線芯產(chǎn)生的電容電流為Ia1，它經(jīng)過CT后通過接地線流入大地，接地線穿過CT在進行接地，這時Ia2=—Ia1，那么感應出的零序電流為零，如果不經(jīng)過CT直接將接地線從外部接地，那么產(chǎn)生的電容電流不能平衡，零序CT將感應出電流，這時零序CT二次感應出的零序電流并不準確，影響CT判斷的準確性。如果零序CT接在電纜頭上面，這時接地線就不用穿過零序CT可以直接接地。

4 我廠6kV不接地系統(tǒng)加裝消弧線圈裝置接地

我廠二期總變6kV母線帶的饋出回路很多，電纜線路也較長，電力設計院進行電容電流測量：Ⅰ段母線電容電流55.818(A)，Ⅱ段母線6kV系統(tǒng)電容電流72.47A。

二期總變6kV系統(tǒng)在2015年時在兩端母線上分別增加了消弧線圈接地補償柜（稱為小電流接地系統(tǒng)）。

我廠采用的是調容式電感線圈進行補償,其原理是在消弧線圈的二次側接上可調式電容器組，用于補償控制消弧線圈產(chǎn)生的電感電流，從而調節(jié)消弧線圈的電感電流對接地電容電流的補償量，我們使用的是真空開關控制電容器組的投入與退出，用5個真空開關控制5組電容器，這樣電容容抗的輸出就有多種組合方式（32種），滿足調節(jié)范圍和精度的要求。

當A相發(fā)生單相接地時，接地點Rd兩端將產(chǎn)生零序電壓Ud= -Ua，流過A相接地點的電流經(jīng)故障點流向母線。這時消弧線圈兩端電壓等于Rd兩端的零序電壓Ud，消弧裝置將檢測到零序電流Io。這時消弧線圈產(chǎn)生一個與零序電流大小相等的電感電流-Io，由電感線圈流向母線。這樣A相母線中流過的故障電流被完全補償，從而減小接地故障點電流（小于10A），達到保護線路的目的。所以，我們應該有效控制消弧裝置產(chǎn)生的補償電流，按照產(chǎn)生的故障電流進行合理的補償（我廠采用接近于全補償?shù)那费a償），達到最佳的補償效果。

5 在消弧線圈裝置內加中電阻

為了進行準確的查找接地故障線路，后期我廠在二期總變6kV系統(tǒng)消弧線圈本體柜內加入中間電阻器，其目的是提高PK消弧線圈控制屏能精確的找出故障線路并發(fā)出報警。當發(fā)生接地故障時中電阻在1S內投入工作進行選線，這時就會在接地點與中電阻間形成回路，產(chǎn)生一個有功電流，而有功電流不會被電感線圈補償，控制屏進行選線就更加容易和準確。

消弧線圈產(chǎn)生的電感電流和接地電容電流方向是相反的，角度相差180°，這樣就能對接地電容電流進行補償。PK屏內的消弧線圈自動調諧控制器檢測到零序電流的大小和方向，通過內部程序進行計算分析，發(fā)出調容指令，使真空開關動作控制消弧線圈二次電容器組，從而控制消弧線圈輸出的電感電流。

由于接地相電壓較大，二期總變安裝的中電阻阻值為88歐，流過電阻的電流Ir值較大，電阻將產(chǎn)生大量的熱量，會燒壞電阻器，所以中電阻采用的是散熱性較好的電阻片。為了避免長時間投入中電阻，燒壞電阻器，所以電阻器投入回路的時間設置的比較短暫（設置1S），只要控制器判斷出故障線路，應立刻切斷中電阻回路。中電阻投入時間超過3秒將發(fā)出報警。在判斷出故障線路后，中電阻回路斷開，在1min中內禁止再次投入中電阻。在進行運行前試驗時，中電阻的投入、切除都能按設定時間實現(xiàn)其功能，在其中一饋線A相加入零序電壓21V模擬接地試驗，中電阻不投入。在其中一饋線加入零序電壓21V，零序電流0.01A，調檔成功，中電阻投入成功?？刂破鲀扰渲眠x線延時3S，在控制器發(fā)接地報警3S后投入中電阻，控制器將判定接地故障為永久性接地故障。線路發(fā)生單相接地故障，控制器最短時間發(fā)出接地報警信號為70～80ms。試驗完成后正式將消弧線圈裝置投入運行。

6 結束語

在電力系統(tǒng)中，零序電流互感器的運用非常廣泛，它實現(xiàn)了一次系統(tǒng)運行電流與二次保護、測量、監(jiān)控等設備的數(shù)據(jù)對接。只有充分的掌握CT的工作原理，分析其串并聯(lián)使用時的區(qū)別，綜合配套設施的實際情況采取正確的接線方式，才能準確的將一次運行電流值正確的反應到二次設備，執(zhí)行機構發(fā)出準確的報警信號或動作信號，保證電力系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運行。