2. 互感器与二次回路
继电保护装置并不直接“看见”一次系统的高电压和大电流,它看到的是互感器二次侧传过来的小信号。因此,互感器的极性、变比和接线方式,直接决定了保护装置测到的幅值与相位是否正确。如果这些环节出错,即使保护算法和定值计算本身没有问题,保护也可能误动或拒动。本节围绕这三个核心要素展开,说明它们如何影响保护整定,并给出实际工程中的核对方法。
一、极性:保护正确判断方向的基础
电流互感器(TA)的极性用一、二次绕组的同名端(减极性标记 P1、P2 与 S1、S2)表示。我国继电保护普遍采用减极性约定:当一次电流从 P1 流入、P2 流出时,二次电流从 S1 流出、经负载回到 S2,此时一、二次电流在相位上同相。这一约定是理解所有接线和整定的前提。
极性为什么重要?以方向元件和差动保护为例。方向过流保护需要比较电流与电压的相位来判断故障方向;若某相 TA 的 S1、S2 接反,该相电流相位翻转 180°,方向元件就会把反方向故障判为正方向,导致误动。差动保护则更敏感:两侧 TA 极性必须“面对面”配置,使区外故障时两侧二次电流在差动回路中相互抵消。若一侧极性接反,区外故障时差流等于两侧电流之和,保护立即误动。
实际核对极性的常用方法是直流法:在 TA 一次侧用干电池瞬间接通,二次侧接直流毫伏表或指针表,观察合闸瞬间表针的偏转方向。若按减极性约定,合闸瞬间表针应正偏。这一试验简单可靠,是投运前必做的项目。
二、变比:把一次量换算到二次基准
变比是互感器一、二次额定值之比。TA 变比 nTA = I1N/I2N,常见如 600/5、1200/1;TV 变比 nTV = U1N/U2N,常见如 110000/100、10000/100。保护装置内部按二次值整定,而调度下达的定值往往是一次值,二者之间必须通过变比换算。
以一段 10 kV 线路过流保护为例。一次动作电流整定为 600 A,TA 变比选 600/5,则二次动作电流为 600 ÷ (600/5) = 5 A。若装置额定二次电流为 5 A,该定值即为 5 A;若装置为 1 A 规格,则需选用 600/1 的 TA,二次定值为 1 A。可见变比选择必须与装置额定电流匹配,否则定值无法正确设置。
变比还影响保护的灵敏度。变比过大,二次电流偏小,装置可能感受不到故障;变比过小,正常负荷时二次电流接近或超过额定值,TA 易饱和,同样影响测量。工程上通常按最大负荷电流的 1.2~1.5 倍选择 TA 一次额定电流,并校验短路时的准确限值系数。
三、接线方式:决定进入装置的电流组合
TA 二次绕组有多种接线方式,不同方式送入保护装置的电流组合不同,整定也随之变化。
- 三相完全星形接线:三相 TA 二次分别接入装置三相电流端子,能反映各种相间和接地故障,广泛用于线路、变压器主保护。整定时直接使用相电流定值。
- 两相不完全星形接线:仅在 A、C 两相装 TA,B 相电流由 IB = −(IA+IC) 合成。它节省一只 TA,但灵敏度略低,多用于 10 kV 及以下中性点非有效接地系统的相间保护。
- 三角形接线:TA 二次接成三角形,送入装置的电流为两相电流之差,幅值增大 √3 倍、相位超前 30°。这种接线常用于变压器差动保护中补偿变压器 Y/Δ 接线带来的相位差。
接线方式对整定的影响体现在两个层面:一是电流幅值,三角形接线使进入装置的电流放大 √3 倍,整定值需相应调整;二是相位,不同接线引入不同的相位偏移,必须与变压器接线组别配合,否则差动保护会产生不平衡电流。
四、电压互感器与二次回路
电压互感器(TV)同样存在极性和变比问题。TV 二次通常接成星形,提供相电压和线电压;开口三角形绕组则用于接地保护,正常时输出接近零,单相接地时输出 3U0。整定时需注意:TV 二次额定线电压为 100 V,相电压为 100/√3 V,距离保护和电压闭锁元件的定值都以此为基础。
二次回路方面,TA 二次严禁开路——开路时二次侧会产生危险高电压,可能损坏绝缘并危及人身安全;TV 二次严禁短路——短路会造成 TV 过流烧毁。此外,二次回路必须一点接地,通常在保护屏处接地,防止一次高压窜入二次侧。
五、整定计算中的实际处理
把上述关系落到整定计算上,可以归纳为一条清晰的换算链:一次定值 → 除以变比 → 二次定值 → 按接线方式修正幅值和相位 → 写入装置。以两相不完全星形接线的 10 kV 线路过流保护为例,一次动作电流 600 A,TA 变比 600/5,二次定值为 5 A;由于 B 相电流由 A、C 相合成,整定时只需在 A、C 两相设置定值,B 相由装置内部计算得出。若改为三角形接线,进入装置的电流为两相电流之差,幅值为相电流的 √3 倍,二次定值应除以 √3 后再设置。
对于变压器差动保护,还需考虑变压器接线组别带来的相位补偿。例如 Y/Δ-11 变压器,Δ 侧电流超前 Y 侧 30°,差动保护需通过 TA 接线或装置内部相位补偿来消除这一偏移。若采用 TA 三角形接线补偿,则 Δ 侧 TA 二次接成三角形,其电流幅值放大 √3 倍、相位超前 30°,正好抵消变压器带来的相位差。整定时必须把这一放大倍数计入平衡系数。
综上,互感器与二次回路是保护装置与一次系统之间的“翻译官”。极性保证相位正确,变比保证幅值正确,接线方式保证电流组合与保护原理匹配。整定计算不是孤立的数字运算,而是建立在这三者正确配置基础上的换算过程。理解并核对好这三个环节,是继电保护整定工作可靠开展的前提。