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摘要：电流、电压互感器是变电站基础装备，是各种保护设备正常工作的前提和基础。结合继电保护工作中遇到的实际问题和互感器的工作原理，分析了电流、电压互感器故障产生的原因。其中，对于由于检修人员技术原因造成的互感器不能正常工作的问题，指出了日常维护工作中应该注意的事项。规范技术人员安装、检修流程和提高人员责任意识，有助于将事故消灭在萌芽状态，避免事态扩大。
关键词：平衡绕组；CT断线；互感器极性；中性点
中图分类号：TM45 文献标示码：B 文章编号：
Analysis on CT/VT’s Faults in Daily Maintenance of Relay Protection
Cao Zhi-hui
（Shaoguan Power Bureau of Guangdong Power Grid Company， Shaoguan 512028， China）
Abstract： Current transformer and voltage transformer were basic equipments of substations， also base and prerequisite for perfor -mance of all relay protection apparatus. Combined transformer mechanism with private practical experience of transformer troubles in relay maintenance job， reasons of current transformer and voltage transformer faults were analyzed. Above all， some cautions in the daily maintenance were proposed， for the abnormal working states of the transformer caused by own business of staffs. A standard for check or installation process and high responsibility consciousness of each staff were helpful to eliminate troubles at beginning and prevent aggravated assaults.
Key words： balance winding； CT line break； transformer polarity； neutral point
1引言
互感器是电力系统中重要的电流、电压信号采集装置，是保护测控等二次装置正确工作的基础。随着技术手段的不断进步，互感器也在不断的更新换代，出现了电子式电压＼电流互感器、光学互感器等新型互感器[1]。这些基于新原理、新方法的新型电压、电流互感器大多还处于基础研究阶段，但随着新材料技术、电子技术和数字化变电站技术的不断突破，其大量推广应用已经成为一种必然趋势。就目前而言，在变电站中普遍使用的互感器主要是基于电磁感应原理（CT）和电容分压原理[2-4] （VT）；对于不同电压等级，互感器所采用的绝缘材料是不同的：①电流互感器均采用电磁感应原理，内部含有铁心；对于110kV及其以下电压等级，其新装互感器一般是干式的，外部采用环氧树脂来实现绝缘，然而在110kV电网中，由于成本原因还存在相当一部分老式的油浸式电流互感器在服役；对于220kV及以上电压等级，其电流互感器则以油浸式或气体绝缘式为主[5-6]；②对于电压互感器，目前在110kV以下电网中一般采用环氧树脂干式的； 110kV及其以上电压等级，采用的则基本上全是电容分压式电压互感器（CVT）。本文结合互感器的构成原理，对继电保护工作中碰到的互感器问题进行了分析，希望能对继保工作者起到一些借鉴和参考作用。
2 电流互感器问题分析
2.1内部故障
电流互感器基本上都是基于电磁感应原理，为了满足高压绝缘要求，一般采用几个独立的电流变换单元分级串联来得到二次电流信号，如图1所示。
图1 串级式电流互感器
Fig.1Serial type current transformer
由于采用的是串级结构，只要其中一级的绕组出现绝缘损坏即有可能导致电流互感器故障。而且，为减少漏磁以及对电流互感器的变比进行补偿，一般会在I级铁心的上下柱上还绕有匝数相同相互连接的绕组，这些绕组绝缘受损后将在I级铁心中形成短路环磁通回路，对一次绕组中电流产生的磁通起到去磁作用，使一次电流不能传变到二次侧形成更加严重的故障。
2.2 二次接线错误引起的故障
目前，很多厂家提供的电流互感器都具有多个二次输出端子。众所周知“电流互感器严禁二次侧开路”，由于部分安装人员工作经验不足，往往将此理解为“严禁电流互感器二次抽头断开”，从而将未使用的抽头短接起来造成电流互感器的实际变比与铭牌标称变比不同。如图2所示，若将电流互感器的抽头a、b作为二次输出端，而将剩余抽头c、d短接，很明显如此做法的后果是：由于c、d短接后形成的短路电流将对一次主磁通起到去磁作用，a、b端子输出二次电流变小，电流互感器变比增大。将c、d端子解开后，电流互感器的变比恢复到正常的标称值。
图2 电流互感器输出接头
Fig.2 Terminal output ends of current transformer
2.3 二次绕组接地及其它故障 由于端子的绝缘损坏有可能导致电流互感器二次输出接地。如图3所示，若电流互感器C相在出口某处接地，二次回路将出现两点接地形成电流通路，但这个电流通路仍然存在一定的阻抗。而正常情况下，电流互感器二次负载很小，因此输入1n装置的C相电流不会完全消失，但由于接地电流通路的分流作用使得流过1n装置的C相电流将有明显的下降。查找故障点，及时恢复C相端子绝缘性，消除故障后1n装置采集到的电流信号恢复正常。
图3 电流互感器二次接线图
Fig.3 Secondary loops of current transformer
与端子绝缘损坏不同，在某些情况下电流互感器二次接线端子有可能断开，造成相关装置报警。如10kV高压柜，其一次电气主接线为型，只有A、C两相设有电流互感器。由于零序电流为零，B相电流可由A、C相电流矢量相加后取反获得。图4所示为10kV计量用CT绕组回路，如果在高压柜电流端子1D9处断开（×处），则A、C相二次绕组自发构成新的电流环路，此时A、C两相电流大小相等方向相反，导致主控室计量装置发出告警信号。由于计量装置发出的不是CT断线告警（计量装置无此功能），只能根据装置显示的A、C两相的电流判断为N相断线。最终发现是高压柜端子1D9中间螺丝松动，导致两端的联片断开，该端子结构如图5所示。因此建议将10kV高压柜内此类电流中转端子改为连体型，以避免此类事情发生。
图4 电流互感器断线
Fig.4 Secondary circuit broken of current transformer
图5 10kV高压柜计量CT电流端子
Fig.5 Link terminals of 10kV high voltage cabinet for metering
3 电压互感器问题分析
3.1 电磁式与电容式电压互感器的原理及区别
电磁式电压互感器是电网中应用最久的电压互感器，拥有相当丰富的运行经验。它应用的是法拉第电磁感应原理，通过一次绕组中的电流在铁芯中产生的交变磁场将电压信号按变比从一次侧传送到二次侧。为满足绝缘的要求，电磁式电压互感器的体积和重量大，且容易诱发铁磁谐振。随着电网电压等级的攀升，其局限性也愈发暴露出来，所以电磁式电压互感器目前在110kV以下的低电压等级电网中应用居多。
电容式电压互感器采用电容分压原理，将母线高电压通过串联电容器在其低压端抽取一1～2万伏的电压，再经过中间变压器降压，在二次侧得到两组或三组57.7V的相电压和一组100V的开口三角电压如图6所示。在额定工频下，补偿电抗器的电抗与中间变压器的漏抗之和与等值容抗ω（C1+C2）串联谐振，使中间变压器一次侧绕组上的压降等于分压电容器C2上的压降，可使中间变压器的输入电压稳定。与电磁式电压互感器相比，它制造简单，在同一电压等级下的体积和重量有了很大的降低。但电容器的特性决定了它动态特性要比电磁式差些，同时仍然保留了中间变压器，因此配置了速饱和阻尼装置来消除铁磁谐振。
图6 电容式电压互感器原理图
Fig.6 Schematic of capacitive voltage transformer
3.2 中性点未接地问题
10kV系统采用型电气主接线，其馈线结构如图7所示。
图7 10kV馈线负载不对称
Fig.7 10kV feeder line with asymmetric loads
若电压互感器一次侧中性点O不接地（虚线），则当负载ZA、 ZB、ZC对称时，电压互感器二次输出电压也是对称的；当馈线负载ZA、 ZB、ZC不对称时，电压互感器一次侧绕组中性点电位将出现偏移，二次输出电压将不正常，致使保护装置发出报警。这类问题在馈线负载较轻时，往往不易发现，只有在负载较重时才会暴露出来。因此，在变电安装过程中必须严格施工，将电压互感器的一次侧中性点牢固接地，确保其在负载不对称情况下能正常工作。
3.3 极性接错问题
图8所示的某变电站35kV线路PT，它是由两个独立的电压互感器顺串而成，其二次侧接有三个电磁型过压保护继电器如图8实线所示。由于PT二次绕组没有按首尾相连顺序串联，导致线路合闸过程中因继电器JVca两端电压过高而动作使得合闸不成功。将二次侧两绕组的x1、x1端连线断开，将x1与a1连接（虚线），拆除JVbc1改接在JVbc2位置，则各继电器恢复正常工作，合闸成功。故障主要是因为安装人员想当然地认为二次绕组应尾端与尾端相连造成的，而没有意识到应查看一次绕组串联情况，并按照一次绕组串联方式将二次侧绕组首尾顺序串联。因互感器极性接反而造成的问题，在工程验收过程中比较常见。虽然可以在验收消缺过程中得到解决，但也颇费时费力。因此个人认为在电气安装过程中碰到互感器极性问题时，应该保持头脑清晰，多留神，将此类问题消灭在萌芽状态。
图8 两个独立PT组成的三相电压互感器
Fig.8 A 3-phase VT consisted of two individual PTs
4 结论
本文分析了作者在近几年实际工作中遇到的一些电流、电压互感器事故案例，选择的都是一些对个人印象比较深刻的事例，对于互感器的各种各样的故障和不正常工作状态未能面面俱到、全面分析，只能万中取一，希望对广大继电保护工作者能有所裨益。
参考文献
[1]刘建华， 陈庆， 张明明. 有源电子式电流互感器关键技术[J].高压电器， 2009， （5）： 116-118
[2]陈永明， 杨茹， 汤大海.220kV变压器失灵保护装置电流互感器的配置[J].供用电，2009，（4）：59-61
[3]韩永红. 35kV电容式电压互感器一次熔断器熔断原因分析[J].中国科技信息， 2009， （19）： 141，153
[4]陈志勇.110kV-220kV电容式电压互感器运行故障及缺陷分析[J].电气应用， 2009， （17）： 68-69
[5]宋琼. SF6气体绝缘330kV电流互感器优化设计[J].大众用电， 2007， （10）： 23-24
[6]李承政， 李先艳. 油浸式电流互感器的应用及其新产品的开发[J]. 电力建设， 2007， （1）： 29-31
作者简介：曹志辉（1979-），男，汉族，工程师，主要从事继电保护工作。
关键词：平衡绕组；CT断线；互感器极性；中性点
中图分类号：TM45 文献标示码：B 文章编号：
Analysis on CT/VT’s Faults in Daily Maintenance of Relay Protection
Cao Zhi-hui
（Shaoguan Power Bureau of Guangdong Power Grid Company， Shaoguan 512028， China）
Abstract： Current transformer and voltage transformer were basic equipments of substations， also base and prerequisite for perfor -mance of all relay protection apparatus. Combined transformer mechanism with private practical experience of transformer troubles in relay maintenance job， reasons of current transformer and voltage transformer faults were analyzed. Above all， some cautions in the daily maintenance were proposed， for the abnormal working states of the transformer caused by own business of staffs. A standard for check or installation process and high responsibility consciousness of each staff were helpful to eliminate troubles at beginning and prevent aggravated assaults.
Key words： balance winding； CT line break； transformer polarity； neutral point
1引言
互感器是电力系统中重要的电流、电压信号采集装置，是保护测控等二次装置正确工作的基础。随着技术手段的不断进步，互感器也在不断的更新换代，出现了电子式电压＼电流互感器、光学互感器等新型互感器[1]。这些基于新原理、新方法的新型电压、电流互感器大多还处于基础研究阶段，但随着新材料技术、电子技术和数字化变电站技术的不断突破，其大量推广应用已经成为一种必然趋势。就目前而言，在变电站中普遍使用的互感器主要是基于电磁感应原理（CT）和电容分压原理[2-4] （VT）；对于不同电压等级，互感器所采用的绝缘材料是不同的：①电流互感器均采用电磁感应原理，内部含有铁心；对于110kV及其以下电压等级，其新装互感器一般是干式的，外部采用环氧树脂来实现绝缘，然而在110kV电网中，由于成本原因还存在相当一部分老式的油浸式电流互感器在服役；对于220kV及以上电压等级，其电流互感器则以油浸式或气体绝缘式为主[5-6]；②对于电压互感器，目前在110kV以下电网中一般采用环氧树脂干式的； 110kV及其以上电压等级，采用的则基本上全是电容分压式电压互感器（CVT）。本文结合互感器的构成原理，对继电保护工作中碰到的互感器问题进行了分析，希望能对继保工作者起到一些借鉴和参考作用。
2 电流互感器问题分析
2.1内部故障
电流互感器基本上都是基于电磁感应原理，为了满足高压绝缘要求，一般采用几个独立的电流变换单元分级串联来得到二次电流信号，如图1所示。
图1 串级式电流互感器
Fig.1Serial type current transformer
由于采用的是串级结构，只要其中一级的绕组出现绝缘损坏即有可能导致电流互感器故障。而且，为减少漏磁以及对电流互感器的变比进行补偿，一般会在I级铁心的上下柱上还绕有匝数相同相互连接的绕组，这些绕组绝缘受损后将在I级铁心中形成短路环磁通回路，对一次绕组中电流产生的磁通起到去磁作用，使一次电流不能传变到二次侧形成更加严重的故障。
2.2 二次接线错误引起的故障
目前，很多厂家提供的电流互感器都具有多个二次输出端子。众所周知“电流互感器严禁二次侧开路”，由于部分安装人员工作经验不足，往往将此理解为“严禁电流互感器二次抽头断开”，从而将未使用的抽头短接起来造成电流互感器的实际变比与铭牌标称变比不同。如图2所示，若将电流互感器的抽头a、b作为二次输出端，而将剩余抽头c、d短接，很明显如此做法的后果是：由于c、d短接后形成的短路电流将对一次主磁通起到去磁作用，a、b端子输出二次电流变小，电流互感器变比增大。将c、d端子解开后，电流互感器的变比恢复到正常的标称值。
图2 电流互感器输出接头
Fig.2 Terminal output ends of current transformer
2.3 二次绕组接地及其它故障 由于端子的绝缘损坏有可能导致电流互感器二次输出接地。如图3所示，若电流互感器C相在出口某处接地，二次回路将出现两点接地形成电流通路，但这个电流通路仍然存在一定的阻抗。而正常情况下，电流互感器二次负载很小，因此输入1n装置的C相电流不会完全消失，但由于接地电流通路的分流作用使得流过1n装置的C相电流将有明显的下降。查找故障点，及时恢复C相端子绝缘性，消除故障后1n装置采集到的电流信号恢复正常。
图3 电流互感器二次接线图
Fig.3 Secondary loops of current transformer
与端子绝缘损坏不同，在某些情况下电流互感器二次接线端子有可能断开，造成相关装置报警。如10kV高压柜，其一次电气主接线为型，只有A、C两相设有电流互感器。由于零序电流为零，B相电流可由A、C相电流矢量相加后取反获得。图4所示为10kV计量用CT绕组回路，如果在高压柜电流端子1D9处断开（×处），则A、C相二次绕组自发构成新的电流环路，此时A、C两相电流大小相等方向相反，导致主控室计量装置发出告警信号。由于计量装置发出的不是CT断线告警（计量装置无此功能），只能根据装置显示的A、C两相的电流判断为N相断线。最终发现是高压柜端子1D9中间螺丝松动，导致两端的联片断开，该端子结构如图5所示。因此建议将10kV高压柜内此类电流中转端子改为连体型，以避免此类事情发生。
图4 电流互感器断线
Fig.4 Secondary circuit broken of current transformer
图5 10kV高压柜计量CT电流端子
Fig.5 Link terminals of 10kV high voltage cabinet for metering
3 电压互感器问题分析
3.1 电磁式与电容式电压互感器的原理及区别
电磁式电压互感器是电网中应用最久的电压互感器，拥有相当丰富的运行经验。它应用的是法拉第电磁感应原理，通过一次绕组中的电流在铁芯中产生的交变磁场将电压信号按变比从一次侧传送到二次侧。为满足绝缘的要求，电磁式电压互感器的体积和重量大，且容易诱发铁磁谐振。随着电网电压等级的攀升，其局限性也愈发暴露出来，所以电磁式电压互感器目前在110kV以下的低电压等级电网中应用居多。
电容式电压互感器采用电容分压原理，将母线高电压通过串联电容器在其低压端抽取一1～2万伏的电压，再经过中间变压器降压，在二次侧得到两组或三组57.7V的相电压和一组100V的开口三角电压如图6所示。在额定工频下，补偿电抗器的电抗与中间变压器的漏抗之和与等值容抗ω（C1+C2）串联谐振，使中间变压器一次侧绕组上的压降等于分压电容器C2上的压降，可使中间变压器的输入电压稳定。与电磁式电压互感器相比，它制造简单，在同一电压等级下的体积和重量有了很大的降低。但电容器的特性决定了它动态特性要比电磁式差些，同时仍然保留了中间变压器，因此配置了速饱和阻尼装置来消除铁磁谐振。
图6 电容式电压互感器原理图
Fig.6 Schematic of capacitive voltage transformer
3.2 中性点未接地问题
10kV系统采用型电气主接线，其馈线结构如图7所示。
图7 10kV馈线负载不对称
Fig.7 10kV feeder line with asymmetric loads
若电压互感器一次侧中性点O不接地（虚线），则当负载ZA、 ZB、ZC对称时，电压互感器二次输出电压也是对称的；当馈线负载ZA、 ZB、ZC不对称时，电压互感器一次侧绕组中性点电位将出现偏移，二次输出电压将不正常，致使保护装置发出报警。这类问题在馈线负载较轻时，往往不易发现，只有在负载较重时才会暴露出来。因此，在变电安装过程中必须严格施工，将电压互感器的一次侧中性点牢固接地，确保其在负载不对称情况下能正常工作。
3.3 极性接错问题
图8所示的某变电站35kV线路PT，它是由两个独立的电压互感器顺串而成，其二次侧接有三个电磁型过压保护继电器如图8实线所示。由于PT二次绕组没有按首尾相连顺序串联，导致线路合闸过程中因继电器JVca两端电压过高而动作使得合闸不成功。将二次侧两绕组的x1、x1端连线断开，将x1与a1连接（虚线），拆除JVbc1改接在JVbc2位置，则各继电器恢复正常工作，合闸成功。故障主要是因为安装人员想当然地认为二次绕组应尾端与尾端相连造成的，而没有意识到应查看一次绕组串联情况，并按照一次绕组串联方式将二次侧绕组首尾顺序串联。因互感器极性接反而造成的问题，在工程验收过程中比较常见。虽然可以在验收消缺过程中得到解决，但也颇费时费力。因此个人认为在电气安装过程中碰到互感器极性问题时，应该保持头脑清晰，多留神，将此类问题消灭在萌芽状态。
图8 两个独立PT组成的三相电压互感器
Fig.8 A 3-phase VT consisted of two individual PTs
4 结论
本文分析了作者在近几年实际工作中遇到的一些电流、电压互感器事故案例，选择的都是一些对个人印象比较深刻的事例，对于互感器的各种各样的故障和不正常工作状态未能面面俱到、全面分析，只能万中取一，希望对广大继电保护工作者能有所裨益。
参考文献
[1]刘建华， 陈庆， 张明明. 有源电子式电流互感器关键技术[J].高压电器， 2009， （5）： 116-118
[2]陈永明， 杨茹， 汤大海.220kV变压器失灵保护装置电流互感器的配置[J].供用电，2009，（4）：59-61
[3]韩永红. 35kV电容式电压互感器一次熔断器熔断原因分析[J].中国科技信息， 2009， （19）： 141，153
[4]陈志勇.110kV-220kV电容式电压互感器运行故障及缺陷分析[J].电气应用， 2009， （17）： 68-69
[5]宋琼. SF6气体绝缘330kV电流互感器优化设计[J].大众用电， 2007， （10）： 23-24
[6]李承政， 李先艳. 油浸式电流互感器的应用及其新产品的开发[J]. 电力建设， 2007， （1）： 29-31
作者简介：曹志辉（1979-），男，汉族，工程师，主要从事继电保护工作。