断路器交流操作方式保护可靠性问题的研究

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【摘　要】从配网运行角度探讨交流操作保护可靠性问题，通过对与交流操作开关配合的保护普遍使用的二次额定5A电流互感器（简称5ACT）在短路故障时的变比误差分析，得出 5ACT额定负载小，实际负载大，出线短路时铁芯饱和，是交流操作保护拒动的根本原因。同时，经过对比分析，提出用二次额定1A的CT取代5ACT，可以根本解决交流操作保护可靠性差的问题。

【关键词】交流操作；电流互感器；变比误差

0.绪论

在配电网络用户侧，变电所的断路器操作电源主要有两种方式：直流操作电源是由蓄电池或整流器等设备单独提供的；交流操作电源可有两种途径获得：①取自所用电变压器，②当保护、控制、信号回路的容量不大时，可取自电流互感器、电压互感器的二次侧。

基于电源的不同，配电室的断路器的操作方式亦采用直流操作方式和交流操作方式两种。相对于直流操作方式的造价高、环境污染大和电源稳定无法保证的缺点而言，交流操作具有无需直流设备，节省投资和占地，结构简单，易于维护的优点受到供电企业的青睐。所谓交流操作，系指不设蓄电池组、充电机等直流设备，断路器用交流电压分、合闸操作，电流保护动作时将断路器电流脱扣线圈（亦称塞流线圈）串接到电流互感器（以下简称CT）二次电流回路，用故障时的二次电流掉闸。

1.交流操作保护回路的缺点

交流操作保护回路虽然使用过流脱扣器构成保护，也有潜在的不安全因素。故障时一旦GLJ电流断电器或ZJ5型中间继电器的接点配合不好，以及接点卡涩出现常开接点不能及时闭合，CT二次绕组还会出现开路的情况。此时流经CT一次侧的故障电流很大，会在二次侧产生很高的电压，破坏CT的绝缘，烧毁二次回路，使得系统故障时不堪重负，变比误差增大，容易发生速断保护拒动。因此，人们一直认为交流操作保护可靠性差，在配网干线及重要用户不宜采用。

2.交流操作保护基本原理

二次额定5A CT交流操作断路器保护原理示意如上图。

GLJ--静态型过流继电器，内设电流速断和反时限过流保护。

SLQ—塞流线圈，即电流脱扣（掉闸）线圈。

LH—电流互感器，二次额定电流为5A。

DLQ—断路器。

在出线正常运行时，GLJ不动作，其4、5常开接点断开，4、3常闭接点闭合，CT二次电流经GLJ4、3闭接点，GLJ继电器线圈后流回CT，SLQ塞流线圈不流过电流。当出线短路故障时，GLJ动作，其4、5开接点闭合，4、3闭接点断开，将SLQ塞流线圈接入CT二次回路，断路器掉闸，切除出线短路故障，保护返回。GLJ继电器动作前，CT二次负担仅为GLJ线圈和导线很小的阻抗；当GLJ动作后，CT二次负担增加了SLQ塞流线圈阻抗。按保护规程规定，在二次为实际最大负载下，一次绕组流过1.1倍的保护最大整定电流（一次值）时，CT二次输出电流的变比误差不得大于10%（设CT二次接线系数为1）。

下图为CT等值原理图。

其中：

L1、L2，K1、K2分别为CT一、二次端子；

■■为折算至CT二次的一次电流；

■■2为CT二次输出的电流；

■LC为CT励磁电流；

ZO为励磁阻抗；

Z■为折算至二次测的CT一次阻抗；

Z■为二次漏阻抗；

Z2为CT二次外接负载阻抗；

■2为CT二次端子间电压；

■LC为励磁电压。

由等值原理示意图可知：

（1）CT一次折算到二次的电流■■，等于二次端子流出电流与励磁电流之和，即■■=■■2+■LC。在励磁阻抗ZO无穷大时，励磁电流为零，全部■■电流由二次端子流出，CT变比误差等于零；在二次负载阻抗大于励磁阻抗（CT铁芯饱和）时，■■大部分变为励磁电流，小部分做为■■2由二次端子输出， CT变比误差很大。

（2）在CT二次流过同一电流时，二次回路负载阻抗越大，则二次端电压■2、励磁电压■LC越高，励磁阻抗越小，励磁电流■LC越大，CT变比误差越大。

3.改进参数，提高系统可靠性

北戴河某10kV配电室交流操作保护用CT二次负载阻抗如下：GLJ动作前实测为0.5Ω（含继电器与导线阻抗）；GLJ动作后实测为7.5Ω（含电流脱扣线圈、继电器与导线阻抗）。

在出线故障时，如果CT一次故障电流达到1.1倍定值， GLJ继电器动作前，CT二次负载只有0.5Ω，小于额定的1Ω，变比误差小于10％，继电器速断元件正常动作；但在其常闭接点断开、将电流脱扣线圈接入CT回路的瞬间，CT二次负载升高到7.5Ω，变比误差骤增，二次电流突降，造成GLJ继电器返回；返回后，CT二次电流又恢复到12A，GLJ又动作，再返回……，直到由后备保护动作切除故障为止。

上面分析中，额定容量为25VA的5ACT，其二次额定负载阻抗仅为1Ω，而实际最大二次负载阻抗高达7.5Ω，在一次侧通过4.4倍额定电流时，CT变比误差就高达－45.45%，在速断电流整定2.4倍额定电流的小定值下，速断保护在一次故障电流倍数为2.6至4.4间发生拒动。由此我们认为， 5ACT负载能力低，故障时铁芯饱和、变比误差大，是造成交流操作保护可靠性差的根本原因。5ACT用于交流操作保护是不合理的。

采用与上面分析5ACT同样的方法，分析1ACT。

将前面交流操作保护分析中的脱扣线圈动作电流由3A改0.6A，静态反时限继电器由5A改1A系列，假设其阻抗增大到原来的5倍。

即0.6A脱扣线圈为5×7Ω＝35Ω；

1A系列继电器线圈与回路导线阻抗：0.5×5＝2.5Ω；

设保护用CT参数为50/1A，10P20, 25VA。除二次额定电流外，其它与前面的50/5ACT完全相同。则：

1安CT二次额定负载阻抗为25VA/（1A×1A）=25Ω；

在二次负载为额定的25Ω时，CT一次流过20倍额定电流时，变比误差不低于10％。变比误差按等于（－）10％，则CT二次输出18A,励磁电流2A。CT二次端子电压为450V。

在CT二次负载为37.5Ω，二次端子电压为450V时对应的电流值为12A；此时CT励磁电流是2A。则I■为14A，变比误差为 ：

％＝｛12-（12A＋2A）｝/（12A＋2A）=-14.3%。

与50/5A CT 4.4倍额定电流下变比误差－45.45%比较，50/1A CT在14倍额定电流时的变比误差为-14.3%,其负载能力是令人满意的。

4.结论

通过上面的初步理论分析和进一步的试验分析，可以得出如下结论。

（1）二次额定5A的CT用于交流操作保护时，由于二次额定负载小，实际负载大，存在故障时铁芯饱和、变比误差大造成的保护拒动问题。尤其在整定电流与CT二次实际最大负载阻抗乘积大于CT饱和电压时，速断保护会完全拒动。应禁止将5A CT用于交流操作保护。

（2）二次额定1A的CT，二次额定负载较大，负载能力较强，用于交流操作保护时，可满足故障电流倍数10％范围内误差要求，从根本上解决5A CT故障时铁芯饱和造成的交流操作保护拒动、可靠性差问题，是交流操作保护的理想选择。

【参考文献】

［１］李远景.正确理解和选择低压断路器的电流参数[J].价值工程，2011，（8）：234.

［２］叶琦娅，戴文进，韩秀清等.高压断路器机械性能的检测[J].江西电力，2001，25（1）：9.