采用保护测试仪的 无源电流保护试验方法(图文)

 许继东1，高洋2，胡森2，任宣泽1

（1.国网东丰县供电公司，吉林辽源136300；2.国网辽源供电公司，吉林辽源136200）

　　摘要：无源电流保护整组试验目前普遍采用大电流发生器，通过在电流互感器一次侧增大电流方式来完成。在电流保护动作值较大时，大电流发生器输出电流幅度通常达不到要求，以致整组试验无法完成。提出将保护测试仪2 个电流源设定到串联输出方式，使最大输出容量剧增，进而完成无源电流保护整组试验。

　　关键词：无源电流保护；保护测试仪；电流源；串联

　　中图分类号：TM452

　　1 目前无源电流保护整组试验方法存在的问题

　　由感应型电流继电器构成的电流保护在工作时不需要直流电源支持，是一种无源电流保护。后来随着技术的发展，这种电流继电器由感应型进化成静态型。静态型电流继电器取消了转盘等运动元件，增加了电子线路，动作值由拨码开关进行设定，技术性能得到了很大提升。由于无源电流保护具有接线简单、成本低廉、维护容易等突出优点，目前在农村中压电网和用户中压电网仍有不少应用。

　　无源电流保护整组试验，如果采用微机型继电保护测试仪（以下简称为测试仪）及其常规使用方法，将测试仪输出电流直接加到电流继电器上，电流继电器动作后其内部接点会出现抖动现象，所带断路器不能跳闸，整组试验无法完成。

　　目前，无源电流保护在做整组试验时普遍采用大电流发生器，电流加在电流互感器一次侧。由于购置费用以及设备重量等条件制约，一般作业单位配置的大电流发生器容量都不会太大。在电流保护动作值较大时，例如速断动作值，一次电流高达几百甚至几千A，大电流发生器输出电流幅度通常难以满足要求，以致整组试验无法完成。如果将大电流发生器输出电流直接加到电流继电器上，与使用测试仪一样，电流继电器动作后其内部接点同样会出现抖动现象，所带断路器还是不能跳闸。

　　2 常规使用方法无法完成无源电流保护整组试验的原因

　　只要电流回路阻抗超出一定范围，测试仪内电流源就不再是理想的电流源。根据测试仪电流源电路结构，可以将其等效成一个电压源和一个电流阀串联的形状，如图1 所示。图1 中U_s 为等效电压源，I_v 为等效电流阀。根据这个等效电路，等效电压源和等效电流阀共同决定了这个电流源能够输出的最大容量，等效电压源电压越高，这个电流源可以输出的最大容量就越大。受体积和成本限制，测试仪内这个等效电压源电压较低。

图1 测试仪电流回路等效电路一

　　查阅厂家技术文件可以发现，现行微机保护装置内部每相电流回路只串入一个电流传变元件，这个电流传变元件的交流阻抗很小，吸收功率还不到1 VA，远小于测试仪可以输出的容量。所以微机电流保护在做整组试验时，电流直接加到微机电流保护装置上，无论采用测试仪还是大电流发生器都可以顺利完成。

图2 无源电流保护原理图

　　图2 为无源电流保护原理图。正常运行时，以A 相为例，保护回路电流A411 流入电流继电器端子，经过电流变送元件I/U、I/V，再经过一个常闭点后从端子回到N411，跳闸线圈TQ被一个常开点断开。电流变送元件I/U 要完成回路电流到电路工作电源的转换，吸收功率较大，其交流阻抗要比微机电流保护装置里的电流传变元件交流阻抗大很多。电流变送元件I/V 要完成回路电流采样功能，其交流阻抗与微机电流保护装置里的电流传变元件交流阻抗相当。保护动作后，电流回路常开点闭合后常闭点打开，跳闸线圈TQ 被串入电流回路。跳闸线圈TQ交流阻抗远大于电流变送元件I/U、I/V 交流阻抗之和，而且是一个与跳闸线圈TQ 顶芯位移相关联的变量。实测情况是，在一个完整的动作过程中，某个跳闸线圈TQ交流阻抗在1.8～7.2 Ω。跳闸线圈TQ要完成断路器跳闸，需要一定的电流、电压、容量来支撑，也就是需要一个相对理想的电流源，例如电流互感器。测试仪、大电流发生器由于等效电压源电压较低，在保护动作后跳闸线圈TQ 接入电流回路时，电流回路交流阻抗大增。这时即使等效电流阀完全打开，回路电流还是维持不住下降，致使断路器无法完成跳闸，同时电流继电器重复处于动作、返回状态而出现抖动现象。

　　3 采用测试仪完成无源电流保护整组试验的方法

　　当电流互感器二次阻抗、二次负荷较大时，为了降低电流传变误差，工程中可以采用将两只电流互感器串联的方式，就是将2 只电流互感器一次侧和二次侧线圈分别首尾相连，如图3 所示。串联接线时，2 只电流互感器合力承担二次负荷，每只电流互感器只承担二次负荷的一半。

图3 电流互感器串联接线

　　参照2只电流互感器串联接线方式，可以设想将测试仪2个电流源调整到串联输出方式，进而增加输出容量，最终完成无源电流保护整组试验。例如，可以将测试仪的I_a 设置成x∠0º，将Ib 设置成x∠180º，即两电流数值相同、相位相反，电流由I_a、I_b 这两个接口输出。这样设定后，I_a、I_b 回路等效电路如图4所示。这时等效电压源U_s.b 与U_s.a 首尾相连，I_a、I_b 回路合并后的等效电压源数值倍增，I_a.b 回路的最大输出容量可以达到2倍，达到常规接线时的4倍。

图4 测试仪电流回路等效电路二

　　某66 kV 变电站10 kV 间隔真空断路器采用ZN28-12 型，操动机构采用CT19A-I/55100 型，无源电流继电器采用JGL-2/15 型。操动机构中跳闸线圈TQ 动作电流≤5 A。采用PONOVO PL661 型测试仪在该站进行整组试验时，8 个断路器间隔的16 只继电器动作后没有出现过抖动现象，继电器动作、断路器跳闸能够连贯完成。

　　当测试仪配置为6 相电流时，还可以将2 组电流中的两相电流进行串联，例如可以将I_A1 设置成x∠0º，将I_A2 设置成x∠180º，电流由I_A1、I_A2 两个接口输出。在测试仪内部，I_N1、I_N2 是互连的，电位相同，所以这6个电流源只能实现一次串联。

　　与测试仪电流源配置不同，大电流发生器都是单相配置，只有一个电流源，无法实现电流源串联方式。

　　4 结束语

　　简单地将测试仪两个电流源调整到串联输出方式，使最大输出容量剧增，就可以完整地完成无源电流保护整组试验。这种方法的优点：一是依托常规的测试仪即可，不再需要使用贵重和专用的试验设备，减少了作业单位的设备配置；二是测试仪体积小重量轻便于使用，整组试验工作效率得到提高。

　　作者简介

　　许继东(1970—)，男，从事继电保护工作。

来源：《农村电气化》2021年第1期总第404期