【电流互感器二次回路开路检测装置探究9700字（论文）】

电流互感器二次回路开路检测装置研究摘要 摘要近几十年来，随着科学社会的不断发展，科技的不断进步。电力行业也在飞速的发展，与此同时电力行业中所用到的各类电气设备也都在日益革新。在这样一个大的系统当中，却对每一细微之处要求做到精益求精，容不得有一点点的马虎大意，这关系到整个电网的安全运行。本次设计就牵扯到电流互感器二次回路开路，必须要对电流互感器二次回路开路原因、开路现象，怎样检测二次回路开路及二次回路开路后的应对措施进行详细的了解，以免发生过失造成设备的损坏及人员的安全。本次设计的主要工作有：（1）介绍了电流互感器的作用，将一次侧的大电流转换为二次侧的小电流，方便用于测量和继电保护。并了解了几类电流互感器，分别用在不同的场景下，罗列了关于电流互感器的故障类型。更确切地、全方位的了解电流互感器，明白了在整个电力系统当中电流互感器这片片枝叶给这棵电网大树提供呼吸，让它健康茁壮成长。（2）讲述了关于电流互感器二次回路开路的原因及开路后的具体措施，警惕开路所能造成的后果。在开路事故造成设备损失与人员安全进一步扩大之前，能更及时、准确的判断开路相，并对开路相进行保护，也就引出了后述二次侧开路检测方法。（3）描述设计装置在工程中应运中所起到的对开路相进行短接保护，并通过继电器的常开触点进行闭合，连接相对应的声光报警装置(蜂鸣器或指示灯)提示工作人员来对开路相进行检修。关键字：电流互感器；二次回路；开路；检测

1绪论1.1研究的背景和意义近几年来，随着我国经济、科学与技术的发展，人民的生活水平都在进一步得到改善，国民的幸福生活水平也在慢慢地提高，我们国家的综合实力也在与日俱增。伴随着科技的进步，时代的革新，电力在这其中充当着重要的组成部分。军工、医疗、通信以及居民的日常生活都离不开它，现代更先进、更智能、更机械化的社会形式下有着不可或缺的作用。电力的产生是由各种风力、水力、火力及新能源发电厂产生。然而发电厂产生的电压只有一种电压等级，得需要经过变压器、变流器等进行一系列变化才能供给用户，其中就需要借助到电流互感器，简称CT。电力系统当中原边设备的电流比较大相对的电压也比较高，直接测量电流的话非常的困难并且也非常的危险。为了方便对二次回路保护、控制和测量等，就需要将处于一次回路中的一次大电流转换为二次回路中的二次小电流，电流互感器相当于一类比较特别的变压器，相当于变压器二次回路进行短路。一次回路中将CT的一次绕组串进去，它的线圈匝数要比起二次侧的线圈匝数小很多，二次负载与CT的二次绕组相连接。电流互感器二次开路会导致相对应的保护装置无法正确的判断感应电流，容易引起后续保护装置误动和拒动，威胁到电力系统使电网不能健康有效地运行。本文对电流互感器的二次特性进行了分析，并提出了一种检测装置设计思路，实现对电流互感器二次开路故障的快速检测与保护。1.2国内外研究现状1.2.1工程中电流互感器二次回路故障研究电流互感器一次侧的电流跟二次侧的电流成有着正向比例地关系，这样就可以采用检测二次侧电流的大小来推断出一次回路中一次电流是否处于正常状态。用于测量等作用的表记连接在二次侧，它们地阻抗值也比较小，回路基本处于导通状态。相应的，二次侧的电压也会很低。当二次回路开路，阻抗突然变大时，二次的电压也跟着会升高[1]，可能会损害设备，且会产生以下现象：（1）二次侧铁芯的温度会突然升高，会产生异常的味道；（2）二次侧电磁振动变化，有噪音出现[2]；（3）二次侧连接的测量仪表指针指向零[3]；（4）二次侧接线端子不牢固，会有碰火现象，表记的指针会左右摇摆[4]。外部故障主要是指螺丝松动、机械震动、接线端子等零件接触不良导致的故障，这些故障可以直接用肉眼看到[5]；内部故障是由于设备本身存在缺陷，制造时未能发现。电流波动较大，二次绕组的电压升高，这种故障通过肉眼看不到，就要用相应的检测设备对电路电压、电流进行实时监测[6]。检修人员一般是先检查外面的故障，再检查内部故障。CT二次侧开路的原因[7]：接线端子接触不牢固；CT二次侧没有接地保护；CT二次侧接片未闭合；其他与之有关的器件故障引起开路。1.2.2电流互感器二次回路故障的基本研究方法（１）器件故障检测方法在发生开路时，开路点会产生高电压，并且过热会使绝缘材料发出一股难闻的味道，还有可能会冒烟起火。检修人员就可以通过肉眼判断是否为开路[8]。检查接线端子等零器件是否锈蚀严重。更换这些器件必须要断电才行。（２）二次侧阻抗检测方法肉眼无法观察到，就需要借助电流电压测试仪器，来判断故障点，从而排除故障。阻抗检测方法。用万用表来测量CT二次侧的阻抗值，如果阻值很小，CT就在正常工作，如果阻值很大，则所测量的那一路开路[9]。（３）二次侧导纳检测方法CT二次回路在正常运行时导纳不会变化，二次回路开路时，导纳就会变化，并且会随着时间的推移，偏移的数值会越来越大。通过测试导纳值来判断CT开断[10]。（４）温度测量法因为有电阻的存在，电流流过产生一定的热量，通过温度传感器对CT二次回路进行检测，通过温度的异常变化来判断CT是否开路[11]。（５）通流法通流法就是给CT二次回路通入一个电流，分别测量各个元件的电流相位和幅值等。通流试验可以测出二次阻抗,判断出开路点[12]。1.3研究内容本文对于电流互感器二次回路开路状态进行分析，由于电流互感器二次回路开路而引起设备的损坏及工作人员的人身安全。电力系统处于运行状态时,因为设备本身存在的问题又或着人为的操作原因而引发多起二次回路开路故障在运行状态下，给电力系统运行带来了严重的影响和不可估量的后果，设备损伤经济损失只是其中的一方面。为了找出电流互感器二次回路发生的开路类型的故障，对故障情况的检测以及对发生故障后对设备和人员的保护做出了一定的研究。2电流互感器2.1CT的概念CT就是利用电磁感应原理。CT的一次绕组匝数很少，只有一匝或少数几匝，并且绕组导线的横截面积也比较大，需要测量电流的一次线路与CT的一次绕组相互串联。匝数比较多的为CT二次绕组，并且横截面积比较小的二次绕组导线与测量、保护装置等串联。测量、保护装置等的阻抗很小，CT二次可视为短路工作。2.2用途分类2.3.1测量用电流互感器在量大电流时，为了方便测量，CT将大电流按变比转换成小电流，CT一次侧接在一次设备，二次侧接测量和继电保护装置等。正常工作时CT二次侧相当于短路，二次侧电压也比较小。二次绕组开路，开路时电流互感器成了空载状态，原来状态下的铁心磁通密度要比开路状态下铁心的磁通密度小很多倍。这样铁心中的损耗不但会增加，损耗产生的大量热量还会使设备的运行性能受到影响，更甚至，二次开路，没有去磁磁势，用来励磁的电流全部都是由一次侧的电流来提供，大量的高电压就会出现在二次绕组当中。这样二次系统当中不光绝缘材料会受到损伤，还会威胁到设备和工作人员的生命安全。励磁电流是产生误差的主要来源。2.3.2保护用电流互感器保护用CT跟继电保护装置有关，在线路产生故障时，对继电保护装置发出信号，断开发生故障的那一回路。保护用CT工作的电流比平常大的倍数不多。保护用CT要求绝缘要高，防止绝缘不够而击穿；保护电流的限定需要准确可靠；必须在有冲击电流时有很良好的耐受能力。2.3工作原理在整个电力系统当中电流大小不一、相差太大。为了方便保护、控制和测量需要转换为比较小的电流，而且线路上的电压一般都很高，如果直接测量会有很大危害。CT将大电流、大电压的一次设备与人们隔离开来，并且也方便人为控制。CT的一、二次绕组接在同一根铁心上。如果二次绕组开路，开路时电流互感器成了空载状态，铁心的磁通密度比额定状态高出很多倍。这样不但增加了铁心损耗，使铁芯过热影响设备，更甚至，二次开路，没有去磁磁势，一次电流将全部用于励磁，二次绕组中就感应出很高电压。CT的目的就是变换电流，输出很小的电流。CT中有1至9，甚至12个绕组，每个绕组都有其不同的用处。测量用和保护用CT两者差距太大，一般不能相互配合使用。但可由不同铁心和绕组来连接实现其功能。2.4电流互感器常见的故障类型1．CT常见的故障：（1）二次侧开路。（2）发出异常热量，产生异味。（3）产生烟雾或起火。（4）接线端子等零器件松动或锈蚀。（5）内部出现故障，发出轰鸣声（6）充油式CT油压不够。2．通常根据出现的异常现象来处理。例如，用温度传感器测量温度，根据发出的异常声响或冒出的烟雾和火光来判断故障位置。查看每条线路的绝缘情况。根据各个表记的指针指示来判断是否故障，并立即进行设备检修。本次毕业设计将就电流互感器二次回路开路进行研究。2.5本章小结本章主要介绍了电流互感器的基本概念，讲述了电流互感器的作用与意义，更深入地了解了电流互感器。阐述了电流互感器是怎样工作的，以及电流互感器常见的会发生的故障类型，方便我们去更好的解决此类问题。3电流互感器二次回路开路故障3.1二次回路开路故障类型3.1.1二次侧开路原因(1)接线端子连接不紧密，长此以往，使得CT二次开路。(2)外部的接线器件因为雨水等周围环境的原因造成氧化腐蚀形成开路。(3)由于本身制造工艺的不完善，得到相对劣质的产品，在应用中发生器件的不配套而造成开路。(4)电流回路中的金属片未能正确接触或者虚接导致开路。(5)工作人员疏忽，检查完成后未能将器件放回原位，并确定接线是否完好。3.1.2二次开路后的处理(1)在开路点就近的位置，将开路部分进行短路，进行短路时需要用专门短接的线，保证短路时接点牢靠，不会又一次形成开路。然后再做开路部分的检修。(2)观察短接时的现象，如果短接的时候会产生火花，开路点就在短接的部分以内，仔细地通过检测元件探寻。相反，如果没有任何现象。断路点就可能在附近两侧，逐渐地进行短接实验，直至找出开路点。(3)在进行短接时，工作人员必须要根据安全指导手册进行。保持安全距离，短接人员则需佩戴绝缘服等一系列绝缘保护措施进行工作。(4)在确定具体地故障范围后，首先要检查几处容易产生开路地位置，检查接线端子是否接触良好，看看器件有没有移位。根据手册要求，能够自己解决的故障便自行解决，不能够自己解决的就上报，待整理出详细的解决计划与措施后，出动检修团队来进行故障维护。先将此CT停电，防止事故进一步扩散。(5)出现CT二次开路，先判断故障发生在哪一相，对整个电力的调度等有多大的影响。汇报至调度，维持电力系统的稳定。3.1.3二次回路开路造成的后果如果CT二次开路，一次侧仍然有很大的电流流过，开路时CT处于空载状态，铁心的磁通密度比在正常运行时大很多倍。这样，非但增加了铁心损耗，让贴心发热严重，CT运行时的性能也会降低。更严重的会产生二次开路，没有了去磁磁势，励磁全部是由一次侧电流进行，匝数多的二次侧线圈就有很高的电压产生。这就对工作人员产生了危险。因为二次开路时，过量饱和的铁心，于是产生以下后果：（1）二次侧有高电压产生，威胁着设备与工作人员的安全；（2）过量的铁心损耗热量产生过多，设备可能被烧坏；（3）剩磁还有一定量留于铁心中，CT测量值与原先可能偏差较大。（4）开路的CT二次侧，连接与保护回路或装置的各个测量指示表记的指针都有可能错乱，进而对应的继电保护则有可能会拒动或误动，故障回路就会扩大，损失巨大。3.2二次回路开路检测方法3.2.1二次回路开路现象放电现象可能会出现在开路点上，冒烟、产生火花甚至有可能会起火；铁损增大的同时，特殊的味道会从铁心处传来，较长时间的CT二次开路，由于较长时间热量产生并且难以释放，就会损害到绝缘层，破裂的绝缘暴露在外就会是一个隐患。可能还会伴随着阵阵的器械震动的声音。电流表等表记连接用于测量的二次回路表记指针示数就有可能发生很大变化，有降低也有升高，还有的示数变为零，表记指示不准确。与保护回路相连接的二次回路开路，用于检测的装置检测不到电流或者检测到的电压过大，拒动或误动就会便随着出现。二次回路中设备或较小的零器件在生产制造时制作工艺的缺陷让产品与设备不能完美契合。CT二次因这些现象开路。3.2.2检测方法（1）查看绝缘性将CT二次侧各相的接点断开，CT的A、B、C三相分别与专门用来测量绝缘的装置相连接，并且需要接地。通过绝缘检测仪器判断三相的绝缘性。这不光可以对回路的绝缘效果进行检查，也可对该回路是否进行接地能够判断。（2）直流判断法采用万用表欧姆档测电阻法检测回路时，回路中通入直流的话，阻值很低处于正常工作状态。但这样做的缺点就是要将回路中的与外部装置连接点断开才行。然后逐步测量各相的电缆芯线，这样得到的结果才会准确。各个连接点断开以后，将拧到欧姆档的万用表的一端接在某一相的电缆线上另一端与大地相连，电缆线另一端也需要接地。这时指针指向接近零的欧姆档就可以说明此芯线没问题；反之，若是指针示数非常大，在确保连接方向没问题的前提下就可以判定是此芯线出现了断线故障，需要检查更换。电桥回路电阻测试法。连接在外部的接线端子断开，CT与设备之间不存在任何连接。在设备二次回路与CT二次回路用电桥测量直流作用下的电阻值。对于CT来说，测量级电阻值要比CT阻值小；设备侧负载多阻值大；元器件连接一致的回路中，各相都应该维持平衡，无论单相还是相间。（3）交流检测法CT二次侧会出现很大的电抗值值在交流回路中，低阻状态的阻抗会出现在二次回路中。电流法。通入电流在二次回路刚开始的地方当中去，可以正确的检查接线方式、判断所连回路当中表记、继电装置等是否处于工作状态，起到的作用也比较多。但这种方法通常适用于设备的间隙隔离中。对其进行检验测试不能随心所欲，且很容易受到外部环境因素的干扰，如雨天、强风潮湿等恶劣天气的影响。这样的方法称之为始端法。而另一种方法工作地点就有所改变，且不容易受到外部环境因素的干扰。但却不能在CT二次回路终点处进行检测，无法检测到，要另行检查，称为终端法。电压法。准备信号灯、分压限流电阻等东西，将它们可靠的串联起来。需要我们自己动手将它制作出来，然后需要把CT二次回路接线端子断开，并把接地点也要断开。将制作的装置一侧接于需要测量的回路当中，另外一侧接于一般的工作电源上，来提供电压。CT二次回路中将极性与非极性端依次接地。跨接于线路的装置和检测回路被加上电压，信号灯就会根据位置的不同来进行变化。使用此方法时，需要注意一些潜在的危险。防止人员受伤。伏安特性法。将CT二次回路外部接线端子断开、切断保护装置CT的连接，取消CT二次接地。在需要测试的地方安置伏安特性测试仪器，连接工作电源，把需要测试的CT二次绕组分别进行测试，通过测试得出的各个二次绕组的电压、电流数值，通过比对查看各项与正确运行时的数据，判断CT二次侧是否为开路。（4）通流法它可以将CT两侧的磁转特性牵引起来。短路接地法。要想适用此方法，就是要不光要有电的联系，而且还要有磁的联系，单一有电的联系会让CT二次侧检测的装置烧毁。在一次侧变压器三相回路中加入电源，其余侧三相要短路并进行接地。电源与变压器这一回路当中会产生一个短路电流，这一电流会流过所测CT一次侧，二次侧也会有电流产生。通过测量表记来反映回路工作状态。一次直升法。是将一种升高电流的装置给所测CT一次侧进行升流。然后观察二次侧的电流状态，并根据数据进行判断二次回路工作状态。短路接地法相对比较灵活，二次电流状况可以反映出与系统的关系。实用性相对来讲也好很多，现在多适用于检测规模较大的系统。电流有时无法上升到我们预期想要的程度，有可能在一次侧没能正常工作情况下不能检测出二次侧正常运行时的工作状态。与之相反的是，一次直升法可以使得一次侧的电流达到正常工作值，来检测二次侧的通断状态。各类变压器组的所负责的参与系统运行、检测回路正常的功能却无法实现。3.3本章小结本章主要讲述了电流互感器二次侧开路的原因以及开路后所造成的后果和开路后的处理方法，而后又介绍了关于怎样检测二次回路开路的几种方法，并就各种方法进行特点与不足之处进行分析。同时也警惕了电流互感器二次回路不得开路的重要性。4电流互感器二次回路开路检测装置4.1基本概念电力系统当中电流互感器有着无与伦比的作用，充当着重要的角色，系统的安全稳定运行离不开CT的存在。要对大电流稳定运行的电力系统或对其进行运行状态的检测和对其运行的控制就需要用到CT。在安全、正常、稳定运行的情况下，二次侧相当于短路状态，并且两端电压很低的电流互感器不会有任何的反应。认真的做着电流变换的本职工作。而一旦在运行过程当中CT二次回路由于各种原因致使开路，二次侧由于开路，无去磁磁势，很高的电压就会在CT二次侧产生。铁心损耗所产生的热量急剧地增大，对二次设备绝缘会造成很大的危害，过热还会使CT本身受不了这样的温度致使设备烧毁。工作人员则会被开路所形成的高电压时刻威胁。电流互感器二次回路开路检测装置就能够很好的防止二次回路开路所造成的危害。对二次绕组的实时工作运行状态进行检测。对开路相可以起到保护并且向工作人员发出报警信号。该装置在二次绕组两侧并联安装，对二次侧连接的保护、检测、测量等装置没有任何影响，在正常运行状态下，流过该并联装置的电流微乎其微，并联的装置基本处于开路状态，其上的阻抗值很大。二次侧发生开路现象时，该装置就会立即将当前断路相进行短路并发出信号给工作人员，显示是哪一相出现问题，提醒工作人员检查并且排除故障。当开路点进行修复后，二次回路又恢复正常运行。4.2装置介绍及装置图CT二次回路开路检测装置采用的基本元件为压敏电阻，其承受电压范围为18～1800V，且该装置两侧的正常运行时的电压应该远远小于18V。氧化锌压敏电阻为本次设计所采用到的压敏电阻，它是属于一类限制电压的保护性器件。由于压敏电阻存在着非线性特性，当二次回路开路时，电压升高达到压敏电阻可以导通的条件时，压敏电阻导通，电流流经压敏电阻而后通过与其连接的信号灯又或者是蜂鸣器等声光报警装置。CT二次回路开路时，二次绕组中产生的超大电压比起正常运行时二次侧探测到的电压大了好多倍。并联的压敏电阻在这时就起到了作用，它使并联的回路进行导通，防止过高电压使得CT烧坏，并且也保护了回路所连接的二次负载，将损失降到最低。CT二次回路开路检测装置能够瞬时地将开路二次绕组进行短接，并且通过与其串联的信号灯进行发光显示。故障位置通过绕组信号灯显示同时面板上指示灯指示故障绕组，提醒工作人员检修故障相。CT二次开路检测装置4.3装置具体实施方式该保护装置主要元件为压敏电阻，该装置并联于正常运行的电流互感器二次负载两侧，当电流互感器二次负载正常运行时，由于负载两侧电压较低，压敏电阻无法导通，电流互感器开路保护装置处于开路状态不会对CT二次计量和测量的准确性产生影响。一旦电流互感器二次负载发生开路，二次负载侧电压迅速升高，压敏电阻在高电压下导通，将电流互感器二次负载短接，避免高电压烧坏二次负载，为了避免短接回路中电压过大，在其中可接一个分压电阻，而后再加一个继电器，通过继电器的常开、常闭节点，常开节点接声光报警装置，起到通知检修人员的作用。当电流互感器二次开路时，压敏电阻导通，通过继电器的常开、常闭节点，常开节点接声光报警装置，常闭节点接正常工作灯，二次开路时常开节点闭合，常闭节点断开声光报警（蜂鸣器或指示灯）导通报警，更及时的反映开路情况。当CT二次负载开路恢复时，压敏电阻导通截止，指示灯熄灭，常开、常闭节点又恢复到原来的状态。4.4接线原理图通常，在A、B、C三相上电流互感器都要连，电流互感器连一相或两相的也有。绝大多数的电流互感器二次绕组接线为星形连接，三角形连接的方式也有少量的一部分。CT二次回路开路检测装置的三个端子分别与CT的电流互感器对应相连，三相中的中性点要跟CT二次开路检测装置的接地端子相连。其中还有一对常开接点和一对常闭接点为无源输出端子。接线端子图4.5实际接线例图正常工作时继电器常开节点断开，常闭节点闭合。一旦发生开路，个个组件相互配合，来实现开路短接并进行报警，通知人员检修。4.6装置作用与功能此产品在电流互感器二次回路发生开路现象时，可以迅速的将开路进行短接，防止二次侧出现高电压破坏设备及威胁到人身安全，并且还可以通过故障指示灯进行显示，来提示哪一相发生了开路故障，使相关技术检修人员可以快速判断进行检修。开路发生时，电流互感器的二次侧过电压将由CT开路检测装置限制在安全范围之内；故障点的回路通过指示灯显示出来，方便故障排除；动作后有接点信号输出，可供外回路引用；保护动作后有报警声音提示，提醒用户及时排除故障。4.7本章小结本章主要介绍了该电流互感器二次回路开路检测装置的基本组成元件，以及各个元件所起到的功能与作用，通过一个压敏电阻来将电流互感器二次回路开路进行短接，来保护二次回路，并通过与其相串联的信号报警装置进行报警，提示人员进行二次回路的检查，方便人员快速进行故障排除。5结论与展望5.1结论本设计针对电流互感器二次回路开路的问题，设计了一种电流互感器二次回路开路检测装置，得到了以下结论：（1）本次设计内容涉及到了很多方面的知识，譬如查阅关于本次设计的资料，为什么要做这样的设计，这次设计在市场的需求与必要性。这其中包括查找关于电流互感器的相关知识，还有其二次侧相关开路原因的分析，开路的现象及开路后的措施等。（2）电流互感器关系到每一位人的日常生活，虽说我们直接地接触不到这个东西，但现在电力却在我们生活当中充当着重要的一员，我们都已经习惯了遍布电网的环境，而电流互感器这类装置也在电网中不可或缺，这更能证明本次设计研究的意义所在。（3）电流互感器二次回路开路检测装置能够很大程度地在周围没有工作人员和工作人员发现不了开路情况下及时对开路情况进行检测，并且发